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基于框架核酸可寻址动态组装的大规模DNA分子计算

申报人:李茜 申报日期:2023-10-09

基本情况

第二十八期“上海交通大学大学生创新实践计划”
基于框架核酸可寻址动态组装的大规模DNA分子计算
创新训练项目
理学
化学类
创新类
化学化工学院
李茜
指导教师
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承担2024.01-2026.12国家自然科学基金委优秀青年基金,DNA分子反应网络,200万元

承担2022.11-2026.10上海交通大学基础研究特区计划,动态DNA大数据存储系统,250万元

导师全程指导,课题组提供实验进行所需的试剂和设备。

基于DNA折纸术和SST自组装技术 (single-stranded tile)构建的框架核酸,作为可寻址的模板,常被用于界面型DNA计算系统的构建。虽然DNA折纸和SST技术均已实现微米级的大规模组装,但已有的组装方式主要限于周期性组装,不具有可寻址性。Qian团队实现了非周期性的DNA折纸结构的大规模组装,但折纸单元间缝隙较大,跨折纸信号传输困难。因此,目前仍缺乏支持大规模界面DNA计算的可寻址框架核酸。本项目以框架核酸的理念为指导思想,拟首先构建基于经典的二维矩形折纸、双层方块折纸和SST等结构作为基本的组装单元的面向DNA计算的微米级界面。然后通过跨折纸单元信号传输测试及DNA原件的锚定与排列构建大规模的DNA计算电路。

本项目的主要目标是研究并发现框架核酸基元的高阶组装机制,设计接口位置的分子结构与序列,建立适用于界面DNA分子计算的框架核酸通用性组装方法,并进一步利用框架核酸可寻址的动态组装,实现大规模的DNA分子计算。本项目具体的研究目标如下:1)基于DNA折纸术和SST自组装技术构建面向DNA计算的微米级界面,为大规模的界面DNA计算系统提供了运行基础。2)基于组装的微米级界面,构建大规模的DNA计算电路,并为到生物传感器、纳米机器和智能药物输送等领域提供新的设计思路。

本项目的研究内容主要包括:基于二维矩形折纸的线性轨道的组装,基于SST的线性轨道的组装,基于双层方块折纸2×2轨道的组装,以及基于微米级界面的大规模逻辑电路的构建。

预期成果为:1)基于DNA折纸术和SST自组装技术构建面向DNA计算的微米级界面,为大规模的界面DNA计算系统提供了运行基础;2)基于组装的微米级界面,构建大规模的DNA计算电路,并为到生物传感器、纳米机器和智能药物输送等领域提供新的设计思路。

项目进度安排如下:

2023.9-2023.12 完成微米级界面的组装;

2023.12-2023.2    完成大规模的DNA计算电路的构建;

2022.2-2022.4 完成论文撰写,答辩

选题成员

0

指导教师

序号 教师姓名 电子邮箱 所属学院
1 王飞 登录状态下查看 变革性分子前沿科学中心 第一指导教师

选题附件

结束