[发明专利]基于随机G4串联体的智能逻辑门构建及应用

说明书

本发明公开了基于随机G4串联体的智能逻辑门构建及应用，具体步骤如下：取DNA溶液滴涂于Au表面，在4℃冰箱孵育过夜；将蒸馏水、5×TdT缓冲液、dNTP(dTTP+dGTP或者dATP+dGTP)、TdT，混合均匀，滴于DNA/Au表面；聚合反应后，再加入缓冲液(Tris‑HCl，KCl，pH 7.4)，向上述电极上滴加hemin，室温放置0.3～1h。以上每一步制备电极后，用蒸馏水缓缓冲洗电极以除去杂质。成功制备传感器，一方面，实现了TdT活性检测和H₂O₂浓度检测，另一方面，基于TdT、H₂O₂、dATP、dTTP和dGTP的五种逻辑门(YES、OR、AND)成功设计，在TdT和H₂O₂相关的生物分析以及疾病诊断方面具有广阔的应用前景。优点是特异性好、灵敏度高、检测速度快、结果准确可靠、成本低。

技术领域

本发明涉及一种电化学传感检测方法，尤其是涉及基于随机G4串联体的智能逻辑门构建及应用，属于功能生物材料和生物传感技术领域。

背景技术

在现代信息化社会中，计算机对于许多人来说是一种几乎不可或缺的沟通，共享信息和处理数据的工具。这些操作需要计算，而逻辑运算则是实现计算的基础和焦点。为此目的，规定以“位”的形式，即利用二进制数字对信息进行编码而实现逻辑运算。这意味着一个位可以由两个不同的值的其中之一表示，即0或1。由于与0和1相关的模拟值是连续的，因此定义了阈值极限。在正逻辑约定中，高于阈值的任何连续值被认为是1。负逻辑约定以相反的方式定义，即低于阈值的任何连续值被认为是0。在常规的基于硅电路的计算机中，电信号用作输入和输出。分子逻辑计算不仅为生物计算机的发展奠定了扎实的基础，其在生物传感领域也发挥了一定的作用，尤其是基于DNA的传感器和DNA计算机相结合将具有更大的潜力。就像Leonard Adleman在1994年演讲中说道，一定的计算问题可以通过巧妙的使用DNA具有的分子识别力来解决。后来，研究者们发现DNA处理信息的潜力可以应用于简单的逻辑运算。这种装置的计算能力远比那种经典的DNA计算要简单，在很多情况下，可以视为具有内在信息处理能力的生物传感器。与传统的传感器相比，它能报告多种分析物的同时存在(也就是分子的AND逻辑门)或者是进行复杂的逻辑分析。如果将分子器件和分子计算用于重大疾病的影响因子的智能实时检测，将会给医学领域带来一场新的革命。

一般来说鸟嘌呤四链体(G4)包含三个或者四个相邻的鸟嘌呤(G平面)。鸟嘌呤四链体结构不是通过最常见的Watson-Crick碱基互补配对构成，其结构单元是通过四个鸟嘌呤之间的氢键两两连接，形成一个方形的平面结构，再通过这些平面之间的堆叠作用，形成四链体结构。这些结构的形成强烈依赖单价阳离子，比如钾离子或者钠离子。因而这种结构在生理条件下也是稳定的。G4这种结构最开始被认为是一个新奇的结构，但是后来的发现表明G4结构涉及到一系列生命过程的关键功能。这些发现导致G4结构一度成为核酸研究的热门方向，被广泛应用于各种生物分析中。