CN117025736A - 一种单核苷酸多态性检测方法、装置、存储介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本说明书公开了一种单核苷酸多态性检测方法、装置、存储介质及设备。所述方法包括：获取发夹DNA1、发夹DNA2、线性DNA1、线性DNA2以及线性DNA3；通过线性DNA1对发夹DNA1展开并与线性DNA1、线性DNA2以及发夹DNA2配对，得到第一双链复合物；加入野生型靶标，通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将线性DNA2替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；通过线性DNA3，替换野生型靶标，第二双链复合物分解为若干短链并确定第一信号；将待检测靶标加入第一双链复合物后再加入第三线性DNA，获得第二信号；根据第一信号以及第二信号之间的差异进行单核苷酸多态性检测。
Description
技术领域
本说明书涉及生物传感领域，尤其涉及一种单核苷酸多态性检测方法、装置、存储介质及设备。
背景技术
微小核糖核苷酸（Micro Ribonucleic Acid，miRNA）是一系列长度为18-25个核苷酸的短非编码RNA，它们是基因表达的关键调控因子。到目前为止，已经发现了超过2500种人类miRNA。越来越多的证据表明，miRNA与多种疾病的发生和发展，特别是癌症有关。因此，对miRNA检测的敏感高效生物传感平台在早期诊断和监测进展方面需求强烈。
然而，由于其小尺寸、低丰度和序列相似性，对高度敏感和特异的miRNA靶标检测仍然具有挑战性。目前对靶标进行检测的过程中，通常需要在实验中借助剪切酶来完成，但是这种方式的操作较为复杂，成本较高，耗时较大，严重浪费了检测资源。
因此，如何降低单核苷酸多态性检测的复杂度以及检测成本，提高检测效率，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本说明书提供一种单核苷酸多态性检测方法、装置、存储介质及电设备，以部分的解决现有技术存在的上述问题。
本说明书采用下述技术方案：
本说明书提供了一种单核苷酸多态性检测方法，包括：
获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构并输入仿真环境；
在仿真环境中通过所述第一线性DNA对所述第一发夹DNA进行展开，并将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到第一双链复合物，所述第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链；
通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将所述第一双链复合物中的第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；
通过所述第三线性DNA，对所述第二双链复合物中的第二发夹DNA和所述野生型靶标进行替换，以使所述第二双链复合物分解为若干短链，并检测所述仿真环境中反应物溶液的信号，作为第一信号；
确定先向所述第一双链复合物加入待检测靶标，再加入所述第三线性DNA后所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号；
根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
可选地，将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，具体包括：
通过杂交链反应HCR，将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对。
可选地，获取第一发夹DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构模型并输入仿真环境，具体包括：
在仿真程序中对初始野生型靶标、初始第一发夹DNA、初始第二发夹DNA、初始第一线性DNA以及初始第二线性DNA进行序列切割，得到切割后各子序列；
针对每个切割后子序列，将该切割后子序列进行拼接，得到目标单链；
根据每个子序列拼接成的目标单链，构建所述第一双链复合物以及所述第一发夹DNA、所述第一线性DNA和所述第三线性DNA所形成的复合物的二级结构；
根据所述第一双链复合物以及所述二级结构构建复合物集合，并根据所述复合物集合选取各目标子序列，根据所述各目标子序列分别合成所述第一发夹DNA、所述第二发夹DNA、所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第三线性DNA。
可选地，在仿真程序中对初始野生型靶标、初始第一发夹DNA、初始第二发夹DNA、初始第一线性DNA以及初始第二线性DNA进行序列切割，得到切割后各子序列，具体包括：
在仿真环境中输入所述初始野生型靶标序列并进行切割，得到所述初始野生型靶标的第一子序列和第二子序列。
可选地，根据所述复合物集合选取各目标子序列，根据所述各目标子序列分别合成所述第一发夹DNA、所述第二发夹DNA、所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第三线性DNA，具体包括：
将所述复合物集合放入所述仿真环境中的目标试管并执行约束单管设计；
运行指定数量的独立设计试管试验，输出各个单链DNA的子序列，复合物浓度和权重，根据所述复合物浓度和权重选取各目标子序列合成为完整单链。
可选地，将所述复合物集合放入所述仿真环境中的目标试管并执行约束单管设计，具体包括：
确定所述试管试验对应的参数选项，所述参数选项包括：物理模型信息，软约束信息，硬约束信息，反应浓度中的至少一种。
可选地，根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性，具体包括：
若所述第一信号以及所述第二信号之间的差异超过预设差异值，则确定所述待检测靶标为突变型靶标。
本说明书提供了一种单核苷酸多态性检测装置，包括：
获取模块，获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构并输入仿真环境；
扩增模块，在仿真环境中通过所述第一线性DNA对所述第一发夹DNA进行展开，并将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到第一双链复合物，所述第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链；
置换模块，通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将所述第一双链复合物中的第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；
分离模块，通过所述第三线性DNA，对所述第二双链复合物中所述野生型靶标进行替换，并从第二发夹DNA处切断所述第二双链复合物，以使所述第二双链复合物分解为若干短链，并检测所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第一信号；
确定模块，确定先向所述第一双链复合物加入待检测靶标，再加入所述第三线性DNA后所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号；
检测模块，根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述单核苷酸多态性检测方法。
本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述单核苷酸多态性检测方法。
本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA；通过第一线性DNA对第一发夹DNA展开并与第一线性DNA、第二线性DNA以及第二发夹DNA配对，得到第一双链复合物；通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；通过第三线性DNA，对第二发夹DNA和野生型靶标进行替换，以使第二双链复合物分解为若干短链并确定第一信号；确定将待检测靶标先加入第一双链复合物在加入第三线性DNA后的第二信号；根据第一信号以及第二信号之间的差异确定待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
从上述方法可以看出，本方案可以通过在仿真环境中加入野生型靶标后基于熵驱动催化的一系列置换反应，确定产生的信号，并与加入待检测靶标后产生的信号进行对比，从而根据对比结果实现对突变型靶标的检测，在此过程中并不需要加入剪切酶，通过熵驱动的方法可以实现DNA的高效扩增，形成稳定的双链产物，显著降低了检测成本以及检测复杂度，提高了检测效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：
图1为本说明书中提供的一种单核苷酸多态性检测方法的流程示意图；
图2为本说明书中提供的一种各探针DNA以及野生型靶标示意图；
图3为本说明书中提供的一种复合物的置换以及分离过程示意图；
图4为本说明书中提供的一种电化学测试的测试结果示意图；
图5为本说明书提供的一种单核苷酸多态性检测装置的示意图；
图6为本说明书提供的一种对应于图1的电子设备示意图。
具体实施方式
为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。
以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。
图1为本说明书中提供的一种单核苷酸多态性检测方法的流程示意图，包括以下步骤：
S101：获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构并输入仿真环境。
熵驱动扩增是一种无酶、等温的DNA扩增方法，该反应由催化链触发，通过系统熵增驱动，并形成稳定的双链产物。基于此，本说明书提供了一种单核苷酸多态性检测方法，以熵驱动扩增为原理，以miRNA作为靶标，在仿真环境中通过立足点介导的一系列链置换反应的信号产物来对待检测的miRNA多态性检测，当然，待检测靶标还可以为其他DNA或者其他类型的RNA，本说明书对此不做具体限定。
在本说明书中，用于实现一种单核苷酸多态性检测方法的执行主体可以是用于提供仿真环境的客户端，当然，也可以是服务器，为了便于描述，本说明书仅以客户端作为执行主体为例，对本说明书提供额一种单核苷酸多态性检测方法进行说明。
其中，客户端可以获取DNA探针的序列结构，该DNA探针包括第一发夹脱氧核糖核酸DNA（发夹DNA1）、第二发夹DNA（发夹DNA2）、第一线性DNA（线性DNA1）、第二线性DNA（线性DNA2）以及第三线性DNA（线性DNA3），之后在仿真环境中根据各DNA探针的序列结构构建对应仿真模型，以进行仿真实验。
其中，发夹DNA表示发夹结构的DNA，线性DNA表示线性结构的DNA，为了便于理解，本说明书提供了一种各探针DNA以及野生型靶标示意图，如图2所示。
图2为本说明书中提供的一种各探针DNA以及野生型靶标示意图。
其中，发夹DNA1、发夹DNA2、线性DNA1、线性DNA2以及线性DNA3的子序列可以分别表示为：[b*，a*，y*，x*，c，e，a]，[a，b，a*，e*]，[a，b]，[c*，x]，[e*，c*，x] [c*，x]，[e*，c*，x]，其中a*代表序列a的反向互补序列。
S102：在仿真环境中通过所述第一线性DNA对所述第一发夹DNA进行展开，并将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到第一双链复合物，所述第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链。
S103：通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将所述第一双链复合物中的第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物。
S104：通过所述第三线性DNA，对所述第二双链复合物中所述野生型靶标进行替换，并从第二发夹DNA处切断所述第二双链复合物，以使所述第二双链复合物分解为若干短链，并检测所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第一信号。
客户端可以在仿真环境中进行仿真实验，模拟复合物的置换以及分离过程，并确定该过程中反应溶液所产生的信号，为了便于理解，本说明书提供了一种复合物的置换以及分离过程示意图，如图3所示。
图3为本说明书中提供的一种复合物的置换以及分离过程示意图。
其中，客户端可以加入发夹DNA1、发夹DNA2，以及线性DNA1和线性DNA2，之后通过线性DNA1展开发夹DNA1，并通过杂交链反应（Hybridization chain reaction ，HCR）将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到扩增后行程的大分子双链复合物，作为第一双链复合物。
由图3可知，第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链（即图3中发夹DNA2通过配对连接了两个发夹DNA1）。
需要说明的是，在实际进行检测的过程中，需要先对发夹DNA1以及发夹DNA2进行退火处理，得到发夹DNA1对应的发夹环以及发夹DNA2对应的发夹环，以通过发夹环完成后续的配对以及置换过程。在进行退火处理时，可以先将发夹DNA1以及发夹DNA2加热到95ºC，并以1ºC/分钟的速率降温至4ºC，从而完成退化处理并得到可用于配对的发夹环。
得到第一双链复合物后，客户端可以继续向仿真环境的反应物溶液中加入目标野生靶标，通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应置换下线性DNA2，从而得到第二双链复合物。
在本说明书中，目标野生靶标可以为正常的未经过突变的RNA或DNA，该RNA或DNA可以与发夹DNA1进行正常的配对并完成线性DNA2的置换。
上述立足点用于表示DNA和DNA或DNA和RNA之间不能互补的点，加入目标野生靶标RNA后，熵驱动催化会使复合物朝着熵增加的方向进行变化，以使目标野生靶标RNA置换掉线性DNA2。
之后客户端可以继续向仿真环境中的反应物溶液加入线性DNA3，通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应置换下野生型靶标和发夹DNA2，此时由于发夹DNA2被置换，导致各发夹DNA1单链之间失去连接，此时第二双链复合物分离为若干短链。客户端可以检测仿真环境的反应物溶液的电化学信号，作为第一信号。
进一步的，本方案提供了一种上述DNA探针的设计方法，其中，客户端可以在仿真环境中输入初始野生型靶标的序列，并将序列切割为x，y两段子序列。
之后对对初始的单链发夹DNA1、发夹DNA2、线性DNA1、线性DNA2以及线性 DNA3进行序列切割，得到切割后的各子序列，分别表示为[b，a，y*，x*，c，e，a*]， [e*，a，b，a*]，[b*，a*]， [c*，x]，[e*，c*，x]。同时设定每个子序列的长度和碱基的组成。
之后客户端可以将每个子序列分别进行拼接，得到各子序列对应的目标单链，并用DU+表示法设计单链之间相互反应形成复合物的靶向二级结构，如发夹DNA1与DNA1通过碱基互补形成的复合物二级结构可表示为‘D20 + U45 +’。并分别设计发夹DNA1，DNA1，DNA2，发夹DNA2形成的复合物，发夹DNA1，DNA1，DNA3形成的复合物的二级结构，从而得到复合物集合。
进一步的，客户端可以将复合物集合放入目标试管且执行约束单管设计，并指定相应物理模型信息，软约束信息，硬约束信息，反应浓度信息等参数选项，寻找最优设计条件。
运行独立设计运行指定数量的独立设计试管试验，通过实验输出各个单链DNA的各子序列，复合物浓度和权重，根据上述复合物浓度和权重选取出各单链的最优子序列，作为目标子序列，之后将各目标子序列合成为各完整单链，得到第一发夹DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA、第三线性DNA以及野生型靶标。
S105：确定先向所述第一双链复合物加入待检测靶标，再加入所述第三线性DNA后所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号。
S106：根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
客户端可以将待检测靶标（miRNA）加入上述第一双链复合物对应的反应物溶液中，并确定先向第一双链复合物加入待检测靶标，再加入第三线性DNA后仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号。
而后客户端可以根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
若待检测靶标为突变型靶标，由于突变导致的碱基错配使其无法与第一双链复合物发生链置换反应从而置换掉线性DNA2，即使后续加入线性DNA3第一双链复合物也不会分离，仍保持原有状态，此时第一信号与第二信号势必不同。说明该待检测靶标存在单核苷酸多态性，该突变可能导致部分疾病的产生。
而若第一信号与第二信号相同或者差异值在预设范围内，则说明待检测靶标不存在单碱基错配，仍然可以进行置换反应，此时说明该待检测靶标为正常的miRNA。
之后目标野生型靶标进入下一个反应循环。
在实际应用中，可以将发夹DNA1，线性DNA1，发夹DNA2，线性DNA2在以最终浓度各为1uM在常温下反应1小时，而后在反应溶液中加入野生型靶标和DNA3，以最终浓度1uM继续在常温下反应半小时。
配制12%聚丙烯酰胺凝胶电泳胶溶液，在9个泳道中分别加入10uL的反应物溶液，在100V电压的条件下运行1小时。
加入野生型靶标的第三泳道将大分子双链复合物分离，只剩下短链，而加入突变型靶标的第四泳道仍存在大分子结构。
于此，通过聚丙烯酰胺凝胶电泳手段，可以充分验证本发明的原理并成功检测单碱基错配的突变靶标。
在此过程中，可以使用玻碳电极为工作电极，铂丝为计数电极，Ag/AgCl为参比电极的电化学工作站进行微分脉冲伏安法测试，差分脉冲伏安法（DPV）的频率范围为0.01 Hz至100 kHz，信号幅度为5 mV。电位扫描范围为-0.4至0V，扫描速率为0.004V/s。微分脉冲伏安谱的信号幅度为0.05V，电化学测量的电解质为含有0.1M KCl的5 mM [Fe(CN)6]3-/4-溶液。
将以上相同的反应物溶液加入200uL磷酸盐缓冲液和10uL 10mM的亚甲蓝溶液，置入工作电极运行电化学测试。为了便于理解，本说明书提供了一种电化学测试的测试结果示意图，如图4所示。
图4为本说明书中提供的一种电化学测试的测试结果示意图。
其中，由于大分子长双链DNA产物吸附大量亚甲蓝分子，导致测试信号小，加入野生型目标微小RNA之后使长链分解，引起测试信号增强。加入突变型miRNA之后大分子复合物不发生改变，其信号不变。
当然，上述过程也可以由客户端在仿真环境中完成，本说明书对此不做过多赘述。
从上述方法可以看出，本方案可以通过在仿真环境中加入野生型靶标后基于熵驱动催化的一系列置换反应，确定产生的信号，并与加入突变型靶标RNA后产生的信号进行对比，从而根据对比结果实现对突变型靶标RNA的检测，在此过程中并不需要加入剪切酶，通过熵驱动的方法可以实现DNA的高效扩增，形成稳定的双链产物，显著降低了检测成本以及检测复杂度，提高了检测效率。
以上为本说明书的一个或多个实施单核苷酸多态性检测方法，基于同样的思路，本说明书还提供了相应的单核苷酸多态性检测装置，如图5所示。
图5为本说明书提供的一种单核苷酸多态性检测装置的示意图，包括：
获取模块501，用于获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构并输入仿真环境；
扩增模块502，用于在仿真环境中通过所述第一线性DNA对所述第一发夹DNA进行展开，并将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到第一双链复合物，所述第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链；
置换模块503，用于通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将所述第一双链复合物中的第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；
分离模块504，用于通过所述第三线性DNA，对所述第二双链复合物中所述野生型靶标进行替换，并从第二发夹DNA处切断所述第二双链复合物，以使所述第二双链复合物分解为若干短链，并检测所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第一信号；
确定模块505，用于确定先向所述第一双链复合物加入待检测靶标，再加入所述第三线性DNA后所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号；
检测模块506，根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
可选地，所述扩增模块502具体用于，通过杂交链反应HCR，将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对。
可选地，所述获取模块501具体用于，在仿真程序中对初始野生型靶标、初始第一发夹DNA、初始第二发夹DNA、初始第一线性DNA以及初始第二线性DNA进行序列切割，得到切割后各子序列；针对每个切割后子序列，将该切割后子序列进行拼接，得到目标单链；根据每个子序列拼接成的目标单链，构建所述第一双链复合物以及所述第一发夹DNA、所述第一线性DNA和所述第三线性DNA所形成的复合物的二级结构；根据所述第一双链复合物以及所述二级结构构建复合物集合，并根据所述复合物集合选取各目标子序列，根据所述各目标子序列分别合成所述第一发夹DNA、所述第二发夹DNA、所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第三线性DNA。
可选地，所述获取模块501具体用于，在仿真环境中输入所述初始野生型靶标序列并进行切割，得到所述初始野生型靶标的第一子序列和第二子序列。
可选地，所述获取模块501具体用于，将所述复合物集合放入所述仿真环境中的目标试管并执行约束单管设计；运行指定数量的独立设计试管试验，输出各个单链DNA的子序列，复合物浓度和权重，根据所述复合物浓度和权重选取各目标子序列合成为完整单链。
可选地，所述获取模块501具体用于，确定所述试管试验对应的参数选项，所述参数选项包括：物理模型信息，软约束信息，硬约束信息，反应浓度中的至少一种。
可选地，所述检测模块506具体用于，若所述第一信号以及所述第二信号之间的差异超过预设差异值，则确定所述待检测靶标为突变型靶标。
本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述图1提供的一种单核苷酸多态性检测方法。
本说明书还提供了图6所示的一种对应于图1的电子设备的示意图。如图6所述，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述图1所述的单核苷酸多态性检测方法。当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进（例如，对二极管、晶体管、开关等电路的改进）还是软件上的改进（对于方法流程的改进）。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）（例如现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA））就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器（logic compiler）”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL），而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL（Advanced Boolean ExpressionLanguage）、AHDL（Altera Hardware Description Language）、Confluence、CUPL（CornellUniversity Programming Language）、HDCal、JHDL（Java Hardware DescriptionLanguage）、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL（Ruby Hardware Description Language）等，目前最普遍使用的是VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language）与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该（微）处理器执行的计算机可读程序代码（例如软件或固件）的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20 以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种单核苷酸多态性检测方法，其特征在于，包括：
获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构并输入仿真环境；
在仿真环境中通过所述第一线性DNA对所述第一发夹DNA进行展开，并将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到第一双链复合物，所述第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链；
通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将所述第一双链复合物中的第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；
通过所述第三线性DNA，对所述第二双链复合物中所述野生型靶标进行替换，并从第二发夹DNA处切断所述第二双链复合物，以使所述第二双链复合物分解为若干短链，并检测所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第一信号；
确定先向所述第一双链复合物加入待检测靶标，再加入所述第三线性DNA后所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号；
根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，具体包括：
通过杂交链反应HCR，将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取第一发夹DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构模型并输入仿真环境，具体包括：
在仿真程序中对初始野生型靶标、初始第一发夹DNA、初始第二发夹DNA、初始第一线性DNA以及初始第二线性DNA进行序列切割，得到切割后各子序列；
针对每个切割后子序列，将该切割后子序列进行拼接，得到目标单链；
根据每个子序列拼接成的目标单链，构建所述第一双链复合物以及所述第一发夹DNA、所述第一线性DNA和所述第三线性DNA所形成的复合物的二级结构；
根据所述第一双链复合物以及所述二级结构构建复合物集合，并根据所述复合物集合选取各目标子序列，根据所述各目标子序列分别合成所述第一发夹DNA、所述第二发夹DNA、所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第三线性DNA。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在仿真程序中对初始野生型靶标、初始第一发夹DNA、初始第二发夹DNA、初始第一线性DNA以及初始第二线性DNA进行序列切割，得到切割后各子序列，具体包括：
在仿真环境中输入所述初始野生型靶标序列并进行切割，得到所述初始野生型靶标的第一子序列和第二子序列。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述复合物集合选取各目标子序列，根据所述各目标子序列分别合成所述第一发夹DNA、所述第二发夹DNA、所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第三线性DNA，具体包括：
将所述复合物集合放入所述仿真环境中的目标试管并执行约束单管设计；
运行指定数量的独立设计试管试验，输出各个单链DNA的子序列，复合物浓度和权重，根据所述复合物浓度和权重选取各目标子序列合成为完整单链。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述复合物集合放入所述仿真环境中的目标试管并执行约束单管设计，具体包括：
确定所述试管试验对应的参数选项，所述参数选项包括：物理模型信息，软约束信息，硬约束信息，反应浓度中的至少一种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性，具体包括：
若所述第一信号以及所述第二信号之间的差异超过预设差异值，则确定所述待检测靶标为突变型靶标。
8.一种单核苷酸多态性检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，获取第一发夹脱氧核糖核酸DNA、第二发夹DNA、第一线性DNA、第二线性DNA以及第三线性DNA的序列结构并输入仿真环境；
扩增模块，在仿真环境中通过所述第一线性DNA对所述第一发夹DNA进行展开，并将展开后的第一发夹DNA与所述第一线性DNA、所述第二线性DNA以及所述第二发夹DNA进行配对，得到第一双链复合物，所述第二发夹DNA用于连接各第一发夹DNA构成的复合物短链；
置换模块，通过立足点介导的熵驱动催化的链置换反应，将所述第一双链复合物中的第二线性DNA替换为野生型靶标，得到第二双链复合物；
分离模块，通过所述第三线性DNA，对所述第二双链复合物中所述野生型靶标进行替换，并从第二发夹DNA处切断所述第二双链复合物，以使所述第二双链复合物分解为若干短链，并检测所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第一信号；
确定模块，确定先向所述第一双链复合物加入待检测靶标，再加入所述第三线性DNA后所述仿真环境中反应物溶液的电化学信号，作为第二信号；
检测模块，根据所述第一信号以及所述第二信号之间的差异，确定所述待检测靶标对应的单核苷酸多态性。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1~7任一项所述的方法。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1~7任一项所述的方法。
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