《基於核酸系統的複雜分子邏輯電路研究》是依託廈門大學，由劉向榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於核酸系統的複雜分子邏輯電路研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉向榮
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以DNA、RNA為核心的核酸系統，在分子層次起著處理信息的中心作用。生物分子電路是近年來計算與生物交叉產生的前沿研究領域。本項目擬利用DNA自組裝、鏈置換和納米顆粒等生物技術，研究複雜分子邏輯電路，構建納米尺度的分子計算裝置，探索分子接口電路實現對其他分子系統精確而程式化的檢測與控制。重點研究內容包括：1、研究分子邏輯電路設計與分析的原理，包括核酸序列編碼算法、分子信號重建機制以及分子電路與其他分子系統之間進行控制和數據信息的交換機制；2、研究穩定通用的分子邏輯門和觸發器件，搭建較為複雜的分子邏輯電路，探索構建具有運算和存儲能力的分子裝置，設計生物實驗驗證方案，研究分子邏輯電路仿真方法；3、探索其在生化檢測和醫學診療等方面的套用，構建邏輯探針進行智慧型檢測分析。這項研究將在納米尺度控制、檢測、加工以及程式療法等方面有著潛在的套用，在計算、生物和醫學之間構建一種新的聯繫。
結題摘要
以DNA、RNA為核心的核酸系統，在分子層次起著處理信息的中心作用。合成生物學的發展，使得我們能夠建立分子電路去編程細胞行為和功能。這在生物和醫學的納米層次的信息處理方面，能夠建立多種套用。本項目擬利用DNA自組裝、鏈置換和納米顆粒等生物技術，研究複雜分子邏輯電路，構建納米尺度的分子計算裝置，探索分子接口電路實現對其他分子系統精確而程式化的檢測與控制。主要研究內包括：1、研究了分子邏輯電路設計與分析的原理，包括核酸序列編碼算法、分子信號重建機制、分子計算模型的計算能力以及分子電路與其他分子系統之間進行控制和數據信息的交換機制；2、利用DNA鏈置換反應、DNA酶、DNA適配體、切口酶鏈置換機制、DNA Origami和納米金顆粒等機制構建了一系列的基本邏輯門，在此基礎上，利用兩環結構、納米金顆粒和DNA聯合複合體、DNA分子電路動態控制機制在較大規模上實現了信號重建、時序邏輯和級聯電路。3、構建了一個包含蛋白和DNA的邏輯運算系統實現了兩通道的選擇器，可以用於在蛋白系統和核酸系統之間構建接口電路。研究了一種高靈敏度的基於催化的邏輯運算，所有的設計通過濕實驗進行驗證，實現了無標記的納米金顆粒用於DNA分子邏輯運算，可以擴展至構建DNA納米金顆粒裝置用於醫學診斷、生物感測和分子機器人。利用利用納米微顆粒和拉曼光譜,提出了一種單分子級別的檢測晶片；基於納米感測器和嵌入式系統，構建了一個通用的攜帶型感測檢測平台，研究建立分子計算結果的檢測裝置。在國內外重要學術期刊發表論文23篇，其中SCI收錄22篇，EI收錄會議論文1篇。其中項目負責人第一或者通訊作者13篇，其他參與人第一或者通訊作者7篇；第一標註14篇，第二標註3篇；總共被引用120次（包含自引），單篇最高引用30次（包含自引）。申請發明專利3項。培養碩士畢業生14人。
