CN117707473A - 通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法 - Google Patents

通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117707473A
CN117707473A CN202311365010.0A CN202311365010A CN117707473A CN 117707473 A CN117707473 A CN 117707473A CN 202311365010 A CN202311365010 A CN 202311365010A CN 117707473 A CN117707473 A CN 117707473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
signal
normally closed
normally
normally open
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311365010.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张强
刘鑫
崔爽
张迅
姚尧
施佩君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202311365010.0A priority Critical patent/CN117707473A/zh
Publication of CN117707473A publication Critical patent/CN117707473A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/38—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
    • G06F7/48—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
    • G06F7/544—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices for evaluating functions by calculation
    • G06F7/552—Powers or roots, e.g. Pythagorean sums

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明属于分子计算中信息处理技术领域，公开了通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法，步骤如下：DNA序列设计部分，使用磷酸化、荧光‑猝灭对基对DNA进行修饰；其次，构建常开开关模型；然后，构建常闭开关模型；接着，构建具有平方运算功能的分子开关电路；最后，构建具有开方运算功能的分子开关电路。本发明以核酸外切酶驱动的水解反应构建了常开与与常闭开关基本模型，开关间的信号传输方式具有统一的制式，且信号的传输具有正交特性，抗干扰能力强，能够通过级联的方式构建大型的分子开关电路进行二进制数的开方与平方运算，丰富了核酸外切酶在构建分子开关电路方面的应用。

Description

通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法
技术领域
本发明属于分子计算中信息处理技术领域，具体涉及一种通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法。
背景技术
DNA纳米技术作为现今的研究热点，已在诸多领域取得了重大的进展，例如生物传感DNA存储、分子计算以及分子机器等。其中，在分子计算领域，自从Adleman的开创性工作以来，基于DNA的优良生化特性，已经开发并且实现了分子检测、逻辑运算、分子自动机等程序化核酸反应系统。与在硅片上设计以及构造纳米结构的方式不同，分子计算采用直接利用纳米级的分子材料对各种计算单元进行构建的方式，具有在本质上对精密生物计算系统进行模拟以及还原的潜力，并且在纳米机器人、医疗诊断、分子载药以及细胞内计算等方面具有广阔的应用前景。
分子计算通常通过人工合成的分子电路实现，最近在合成分子电路上的进展已经催生出了大量在理论以及实验方面得到了验证的研究。其中包含两种常规的实现策略，分别为布尔逻辑电路和DNA开关电路。(Implementing digital computing with DNA-basedswitching circuits.Nature Communications,1,121.)布尔逻辑电路专注于构建一系列基础的逻辑单元并将它们级联以构建具备大规模运算能力的回路，这种策略在理论上可以构建复杂逻辑回路，并且只需要在原先的规模上进行同类型逻辑门的级联。而开关电路元器件的分子结构则具有统一的制式，利用电路中的开关表示数字电路方程中的项，可以实现任意的数字计算，具有高效以及经济的特性。
通过这两种策略实现分子电路的创新性工作包括全加器、全减器、投票器、矩阵乘法以及多位DNA加法电路等。其中在构建功能包含否定逻辑的计算回路时，无可避免地需要对否定逻辑进行表达，而否定逻辑的表达是相对困难的，这为构建大型计算回路带来了挑战。针对这个问题已经提出了双轨逻辑的方法，其能够使用两种不同的信号来表达否定逻辑，这种方式难以使用同一种信号的存在以及不存在对否定逻辑进行表达，并且增加输入或输出信号的数量会增大系统的复杂度，这对构建大型的计算模型显然是不利的。(Scaling Up Multi-bit DNA Full Adder Circuits with Minimal StrandDisplacement Reactions,Journal of the American Chemical Society,144,9479-9488.)
现有的分子电路大多基于基础逻辑门的级联，其运行缓慢且结构冗余。然而通过具有统一信号接收以及释放机制的常开以及常闭开关策略构建的分子电路不仅具有模块化级联特性，而且结构具有统一的制式，能够极大地降低电路的复杂度以及运行时间，并利用同一种输入信号的存在以及不存在实现否定逻辑的问题，从而降低输入信号的种类，另外，通过简单的级联方式实现的二进制数的平方与开方运算电路证实了所构建的开关模型具有良好的通用特性，对开关电路的发展具有积极影响，并且在分子计算、信息处理、纳米设备领域具有广阔的发展空间。
发明内容
本发明的目的在于，构建具有统一信号接收以及释放机制的常开以及常闭开关并建立具有运算功能的分子电路，其不仅具有模块化的可编程特性，而且能够通过同一种输入信号的存在以及不存在实现否定逻辑，避免双轨逻辑带来的结构复杂化问题，并且结构具有统一的制式，极大地降低了电路的复杂度以及运行时间，通过简单的级联方式可以实现二进制数的平方与开方运算电路。
本发明的技术方案：
一种通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法，包括：
步骤1：分子开关模型的设计与构建
开关作为一种电子元器件，能够由自身的通断实现对整个电路功能的控制，在开关模型的设计过程中，通过设计DNA序列以及进行相互之间的杂交完成对开关结构的模拟，并分别构建具有常开与常闭基本功能的分子开关。
分子开关模型包括常开开关和常闭开关
常开开关的底物结构由三条DNA组成：一条具有5’磷酸化的DNA与另一条DNA进行互补配对杂交，使得5’磷酸化的一端成为凹陷端，使用一条发夹DNA在凹陷端进行碱基互补配对以堵塞具有5’磷酸的凹陷端，这三条DNA共同形成的三链组装结构，作为一个常开开关的底物NO2，三链组装结构在无输入时在溶液中保持稳定并具备抗水解能力；
常闭开关的底物结构由四条DNA组成：两条等长的5’端磷酸化序列PSU22和PSD22作为核酸外切酶λ(lambda)的水解对象并进行非对称杂交，即两条DNA的3’端均作为突出端，5’端作为凹陷端；另外两条为SU22和SD22的DNA分别与突出的3’端进行杂交以堵塞双链5’磷酸化的凹陷端，四条DNA杂交形成常闭开关的底物NC0，四链组装结构在无输入时在溶液中保持稳定并具备抗水解能力；常开开关与常闭开关的底物中的磷酸化修饰可被外切酶水解；另外，用于传输的DNA信号的序列使用三碱基编码规则，即只使用ACT或AGT三种碱基，避免CG同时出现在同一条用于传输的DNA信号序列；其余序列可不遵守ATCG碱基均匀性原则，但需要避免复杂的二级结构形成；
步骤2：分子常开开关的运行
根据常开开关的结构特性，其启动过程分为三个步骤：首先，上游信号SU0通过链置换反应打开常开开关的底物NO2中的发夹DNA，并将发夹DNA中隐藏的a域暴露，得到结构NO2-1；其次，输入的开关信号SA1通过暴露的a域进行链置换反应，使发夹DNA从需要被水解的双链上被移除，得到结构NO2-2；最后，具有5’磷酸化的DNA双链失去保护后直接被lambda外切酶水解，从而得到下游信号SU3；在整个反应过程中，常开开关需要按照上述的反应顺序才能启动运行，即仅存在上游信号或开关信号均无法启动开关NO2，而当上游信号以及开关信号同时存在时，开关能产生对应的输出信号；
步骤3：分子常闭开关的运行
在常闭开关中，两条堵塞链SU22和SD22分别响应上游信号SU21和开关信号SA0，当上游信号SU21被输入时，常闭开关NC0的一条堵塞链SD22被移除，得到结构NC0-1，水解反应被启动，从而直接产生下游信号PSU22；而在开关信号SA0存在于溶液中时，用于保护下游信号PSU22的堵塞链SU22被移除，得到结构NC0-2，这将导致本应被输出的下游信号PSU22被外切酶水解消耗；为了常闭开关NC0能被正常触发，必须保证下游信号PSU22被完全水解，使得开关无法响应上游信号SU21；因此，常闭开关的输出响应取决于上游信号SU21与触发信号即开关信号SA0到达常闭开关的顺序以及时间间隔；
步骤4：分子开关的连接及电路的构建
分子开关模型可接受DNA单链形式的上游产出信号以及下游信号，并且开关之间有两种连接形式分别为串行连接以及并行连接；开关的串行连接：一个常开开关或常闭开关的下游信号设置为另一个常开开关或常闭开关的上游信号以完成对两个开关的级联，包括四种串联形式，分别为常开开关串联常闭开关、常开开关串联常开开关、常闭开关串连常开开关以及常闭开关串连常闭开关，但不能将常闭开关作为整个电路的初始开关位；开关的并行连接：两个常开开关和/或常闭开关只需保证能接收相同的上游信号并且产出相同的下游信号，即被视为两个开关的并联，具有四种并联形式，分别为常开开关并连常闭开关、常开开关并连常开开关、常闭开关并连常开开干以及常闭开关并连常闭开关；两个常开开关的串联、两个常开开关的并联以及单个的常闭开关能分别映射为基础的与、或、非逻辑门，由于数字电路或数字集成电路是由许多逻辑门组成的复杂电路，因此使用由常开开关以及常闭开关连接的分子电路模拟和实现具有复杂预算功能或任意逻辑运算的电路。
本发明的有益效果：
1、通过核酸外切酶驱动的常开开关只有在两种信号输入的情况下进行输出，响应时间快速，并且几乎不存在泄漏或串扰的问题。
2、通过核酸外切酶驱动的常闭开关能够使用同一个信号对逻辑的否定进行表征，并且具有时间响应以及自动化特性，能够实现对输出的定量控制。
3、常开以及常闭两种开关的结构具有统一的制式，以及使用统一的DNA信号进行正交化传输，能够进行模块化的级联，具有可编程特性，以完成对大型DNA开关电路的构建。
4、平方运算电路仅需设置5个开关以及三种报告信号即可完成平方操作，各个位的计算可以同时进行，具有并行运算的特性。
5、6个开关和一个常闭开关的程序化级联即可完成开方电路的构建，并实现任意四位的(a3a2a1a0)1/2＝r1r0的运算，整个运算过程相对于使用传统的基础逻辑门级联的方式反应速率更快，结构更简单。
本发明以核酸外切酶驱动的水解反应构建了常开与与常闭开关基本模型，开关间的信号传输方式具有统一的制式，且信号的传输具有正交特性，抗干扰能力强，能够通过级联的方式构建大型的分子开关电路进行二进制数的开方与平方运算，丰富了核酸外切酶在构建分子开关电路方面的应用。
附图说明
图1为常开开关原理图。
图2为常开开关凝胶电泳验证。
图3为常开开关荧光验证。
图4为常闭开关原理图。
图5为常闭开关凝胶电泳验证。
图6为常闭开关荧光验证。
图7为常闭开关时间响应以及定量输出验证。
图8为平方运算电路的构建及验证，其中，(A)为平方运算电路的开关连接方式，(B)为二进制数平方运算原理，(C)为平方运算电路的结果输出。
图9为开方运算电路的构建及验证，其中，(A)为开方运算电路的开关连接方式，(B)为开方电路的结果输出。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施中的技术方案进行清楚、完整的描述，可以理解的是，所描述的实例仅仅是本发明的一部分实例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明开关以及荧光输出模块中具有特殊结构的底物均通过以下方法获得：由一条以上DNA杂交的组装结构需分别从各自的一级母液中抽取200pmol物质的量的单链DNA，随即共同混合于1×TAE/Mg2+的缓冲液中，之后使用聚合酶链式反应(PCR)热循环仪中使用统一的退火程序进行孵化组装。具体退火程序为：95℃保持10分钟，随后在2小时10分钟的时间内均匀降低至25℃。涉及到的凝胶电泳实验使用DYY-6D型电泳仪，荧光信号监测使用TECAN酶标仪。
实施例1
如图1所示为常开开关工作原理：底物NO 2由cd，b1*a2*a1*ta1d*以及具有5’磷酸化修饰的c*退火组装形成，其可在外切酶环境下保持稳定并不被水解(如图2)。上游信号SU0的输入将底物中的发夹结构打开，暴露出可被链置换的立足点区域a，并将NO 2转化为NO 2-1；接下来可使用开关信号控制敞开开关的通断，输入开关信号SA1则可使底物由NO2-1向能够被外切酶lambda进行水解的NO 2-2进行转化，经过外切酶的持续性水解，可以输出触发荧光信号的SU3或代表输出产生的信号Indicator1(如图2和3)，证实了常开开关的信号响应能力。
实施例2
如图4所示为常闭开关工作原理：底物NC 0由两条具有5’磷酸化修饰的i*e1、ib以及无任何修饰的d1*e*、g*b*退火组装形成，其可在外切酶环境下保持稳定并不被水解(如图5)。常闭开关的默认状态NC 0可直接接收上游信号转化为NC 0-1，并被外切酶lambda水解输出可触发荧光信号的PSU22；开关信号SA0输入的输入会使得NC 0直接转化为NC 0-2，同样可被外切酶lambda水解，可将原本用于触发荧光信号的PSU22进行水解消除，并输出无效信号SD22以及PSD22(如图5和6)。
同时常闭开关具备的时间响应特性能够调节开关对上游信号的响应程度，其取决于上游信号和开关信号的添加顺序以及他们的时间间隔，并表现为最终输出的荧光值大小。针对NC 0与上游信号、开关信号的反应顺序，常闭开关的响应可分为三种工作状态。一：上游信号SU21率先与开关NC 0进行反应。下游信号PSU22将会直接由NC 0-1水解反应产生，同时释放可以与开关信号直接杂交的单链SU22，SU22的释放会减慢开关信号SA0与剩余开关的链置换反应，使得开关断开动作减缓，对应图7曲线3到6。以10min作为两种信号的时间间隔，开关信号滞后于上游信号的时间越长，最终的输出信号越接近仅输入上游信号的情况，且当时间间隔大于40min后，开关信号的加入基本无法改变输出的强度。二：上游信号SU21与开关信号SA0同时与开关反应。与只有上游信号输入的情况相比，此时上游信号与开关信号互为竞争关系，只有部分的NC 0可以产生下游信号，而剩余的开关则被断开失效，对应图7曲线2，此时的输出信号强度约为最大荧光增量的50％。三：信号SA0率先与开关反应，常闭开关被触发并断开。在这个过程中，开关信号SA0引发的链置换反应触发下游信号的水解反应，产生与反应无关的序列PSD22以及能够直接与上游信号互补的DNA单链SD22，被释放的SD22会对后来加入的上游信号进行消耗，进一步减缓下游信号的产生，对应图7曲线7到11。从这些曲线中我们可以发现，随着两个信号的间隔时间增长，被断开的开关数量将会增多，最终可达到的稳态荧光值也会降低，并且当时间大于40分钟时，输出基本降低至20％以下，整体的时间响应特性还可用作输出的定量控制。
实施例3
如图8所示为平方电路构建及验证：将开关以及输出底物进行级联完成平方电路的构建，电路仅受到开关信号SA0以及SA1控制，分别代表任意二进制数a1a0的低位以及高位(如图8A)，并且完成(a1a0)2＝s3s2s1s0的运算。平方运算本质上为两个相同的数相乘，而二进制乘法运算与十进制乘法类似，在任意位的二进制平方运算中，如图8B的乘法运算原理所示，s1位的值为2a0×a1(a0，a1代表任意位二进制的最后两位)，而a0和a1的值为“0”或“1”，因此在二进制的表达中，2a0×a1等于“0”或具有进位的“0”，这导致任意二进制数平方的s1位始终为“0”(如图8B)。输入信号SA0可以同时触发常开开关NO0以及常闭开关NC0，SA1可以同时触发NO1和NO2，整个电路仅需设置5个开关以及三种reporter即可完成平方操作，并且各个位的计算可以同时进行(如图8C)，验证了分子电路对平方运算的计算能力。
实施例4
如图9所示开方电路构建及验证：使用六个常开开关和一个常闭开关的程序化级联完成开方电路的构建，电路受到开关信号RA0、RA1、RA2以及RA3控制，依次代表任意二进制数a3a2a1a0的低位至高位，并且可以控制电路中各个开关的通断(如图9A)，以完成(a3a2a1a0)1/2＝r1r0的运算。输入信号RA2可以控制常开开关NO 2与常闭开关NC 2的通断，同时得到正反两种逻辑的输出结果。根据对输出信号的实时监测，可以得到不同输出结果时的荧光，并且对所有16种可能的输入进行探究，运算的最终输出为开方后取整的结果(如图9B)，验证了分子电路对开方运算的计算能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法，其特征在于，包括：
步骤1：分子开关模型的设计与构建
分子开关模型包括常开开关和常闭开关
常开开关的底物结构由三条DNA组成：一条具有5’磷酸化的DNA与另一条DNA进行互补配对杂交，使得5’磷酸化的一端成为凹陷端，使用一条发夹DNA在凹陷端进行碱基互补配对以堵塞具有5’磷酸的凹陷端，这三条DNA共同形成的三链组装结构，作为一个常开开关的底物NO2，三链组装结构在无输入时在溶液中保持稳定并具备抗水解能力；
常闭开关的底物结构由四条DNA组成：两条等长的5’端磷酸化序列PSU22和PSD22作为核酸外切酶λ的水解对象并进行非对称杂交，即两条DNA的3’端均作为突出端，5’端作为凹陷端；另外两条为SU22和SD22的DNA分别与突出的3’端进行杂交以堵塞双链5’磷酸化的凹陷端，四条DNA杂交形成常闭开关的底物NC0，四链组装结构在无输入时在溶液中保持稳定并具备抗水解能力；常开开关与常闭开关的底物中的磷酸化修饰可被外切酶水解；另外，用于传输的DNA信号的序列使用三碱基编码规则，即只使用ACT或AGT三种碱基；
步骤2：分子常开开关的运行
根据常开开关的结构特性，其启动过程分为三个步骤：首先，上游信号SU0通过链置换反应打开常开开关的底物NO2中的发夹DNA，并将发夹DNA中隐藏的a域暴露，得到结构NO2-1；其次，输入的开关信号SA1通过暴露的a域进行链置换反应，使发夹DNA从需要被水解的双链上被移除，得到结构NO2-2；最后，具有5’磷酸化的DNA双链失去保护后直接被lambda外切酶水解，从而得到下游信号SU3；在整个反应过程中，常开开关需要按照上述的反应顺序才能启动运行，即仅存在上游信号或开关信号均无法启动开关NO2，而当上游信号以及开关信号同时存在时，开关能产生对应的输出信号；
步骤3：分子常闭开关的运行
在常闭开关中，两条堵塞链SU22和SD22分别响应上游信号SU21和开关信号SA0，当上游信号SU21被输入时，常闭开关NC0的一条堵塞链SD22被移除，得到结构NC0-1，水解反应被启动，从而直接产生下游信号PSU22；而在开关信号SA0存在于溶液中时，用于保护下游信号PSU22的堵塞链SU22被移除，得到结构NC0-2，这将导致本应被输出的下游信号PSU22被外切酶水解消耗；为了常闭开关NC0能被正常触发，必须保证下游信号PSU22被完全水解，使得开关无法响应上游信号SU21；因此，常闭开关的输出响应取决于上游信号SU21与触发信号即开关信号SA0到达常闭开关的顺序以及时间间隔；
步骤4：分子开关的连接及电路的构建
分子开关模型可接受DNA单链形式的上游产出信号以及下游信号，并且开关之间有两种连接形式分别为串行连接以及并行连接；开关的串行连接：一个常开开关或常闭开关的下游信号设置为另一个常开开关或常闭开关的上游信号以完成对两个开关的级联，包括四种串联形式，分别为常开开关串联常闭开关、常开开关串联常开开关、常闭开关串连常开开关以及常闭开关串连常闭开关，但不能将常闭开关作为整个电路的初始开关位；开关的并行连接：两个常开开关和/或常闭开关只需保证能接收相同的上游信号并且产出相同的下游信号，即被视为两个开关的并联，具有四种并联形式，分别为常开开关并连常闭开关、常开开关并连常开开关、常闭开关并连常开开干以及常闭开关并连常闭开关；两个常开开关的串联、两个常开开关的并联以及单个的常闭开关能分别映射为基础的与、或、非逻辑门，由于数字电路或数字集成电路是由许多逻辑门组成的复杂电路，因此使用由常开开关以及常闭开关连接的分子电路模拟和实现具有复杂预算功能或任意逻辑运算的电路。
CN202311365010.0A 2023-10-20 2023-10-20 通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法 Pending CN117707473A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311365010.0A CN117707473A (zh) 2023-10-20 2023-10-20 通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311365010.0A CN117707473A (zh) 2023-10-20 2023-10-20 通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117707473A true CN117707473A (zh) 2024-03-15

Family

ID=90157720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311365010.0A Pending CN117707473A (zh) 2023-10-20 2023-10-20 通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117707473A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. DNA based arithmetic function: a half adder based on DNA strand displacement
Genot et al. Scaling down DNA circuits with competitive neural networks
Lv et al. Biocomputing based on DNA strand displacement reactions
Zhao et al. Half adder and half subtractor logic gates based on nicking enzymes
Zou et al. Visual synchronization of two 3-variable Lotka–Volterra oscillators based on DNA strand displacement
Wang et al. Simple logic computation based on the DNA strand displacement
Zou et al. A nonlinear neural network based on an analog DNA toehold mediated strand displacement reaction circuit
Liu et al. Construction of DNA-based molecular circuits using normally open and normally closed switches driven by lambda exonuclease
CN117707473A (zh) 通过核酸外切酶驱动常开与常闭开关构建分子电路的方法
Taylor et al. A cooperative DNA catalyst
CN103177291A (zh) 连续搅拌反应釜的变搜索空间rna遗传算法建模方法
Xiao et al. Molecular full adder based on DNA strand displacement
Peng et al. Industrial process monitoring based on dynamic overcomplete broad learning network
CN110533155B (zh) 一种基于dna链置换的三级联分子组合电路的实现方法
Wang et al. Five-input cube-root logical operation based on DNA strand displacement
de Murieta et al. DNA biosensors that reason
Zhao et al. DNA logic circuits based on FokI enzyme regulation
Xing et al. Constructing DNA logic circuits based on the toehold preemption mechanism
Cui et al. DNA strand-displacement digital logic circuit with fluorescence resonance energy transfer detection
Roy et al. Reversible OR logic gate design using DNA
Wang et al. Research of molecule logic circuit based on DNA strand displacement reaction
CN110889258A (zh) 基于dna链置换的代码锁双轨生化逻辑电路及实现方法
Tang et al. Using Threshold DNA Strand Displacement to Construct a Half Adder
CN117737203A (zh) 基于核酸外切酶驱动模块化dna反应网络的信号处理方法
Sun et al. DNA circuits driven by conformational changes in DNAzyme recognition arms

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination