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    9822金沙平台教师在《Science Advances》发表核酸纳米技术领域新成果

    日期:2023-05-23来源:化学化工学院 浏览量:

    近日,化学化工学院高中锋副教授与中国地质大学(武汉)夏帆教授、湖南大学柯国梁教授合作在Science 子刊《Science Advances》上发表题为 “Enthalpy and entropy synergistic regulation–based programmable DNA motifs for biosensing and information encryption”的研究论文 (Science Advances, 2023, 9, eadf5868)。

    基于DNA的人工信息学系统具有高密度、高精度、低成本、易合成和大规模并行计算等优势,已初步实现了在信息加密、身份验证和数字签名等领域中的应用。然而,从化学热力学的角度来看,这些DNA器件大多依赖于单一的焓调控模式,忽略了熵的影响,使得系统具有较大的能量波动窗口,导致性能难以预测并出现信息偏差。因此,开发一种精确可调的DNA器件用于信息加密至关重要。  

    受蛋白质内在无序折叠构型启发,高中锋副教授报道了一种熵与焓协同调控的pH响应型DNA motif器件,用于生物传感和信息加密。通过改变茎环DNA的环上碱基个数,实现了分子熵的精确调节;通过改变茎上A+/C碱基错配个数,实现了分子焓的精确调节。实验探究了熵变和焓变协同调节机制,提出了DNA器件设计规则。在此基础上,实现了糖尿病患者临床血样检测。进一步发展分子布尔逻辑计算系统,将体系的逻辑语言结合密码学中非对称信息加密策略,用于多种信息隐写,实现了地理位置(“Maldives”)和莎士比亚《哈姆雷特》中经典名句(“To be, or not to be, that is the question”)的存储加密。这项工作促进了DNA纳米材料未来在分析传感、信息存储、编码和加密等领域的发展,在化学热力学尺度上为精确调控DNA器件的响应特性提供了理论基础。该项研究由9822金沙平台为第一完成单位,9822金沙平台化学化工学院高中锋副教授与中国地质大学(武汉)夏帆教授、湖南大学柯国梁教授为论文的共同通讯编辑。本研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、面上项目等资助。

    高中锋,西南大学博士、华中科技大学博士后,现任9822金沙平台化学化工学院副教授、硕士生导师。主要研究领域为基于DNA纳米技术、逻辑传感与界面检测。在国际学术期刊Science Advances, Nature Protocols, Chem, National Science Review, NPG Asia Mater., Analytical Chemistry, Biosensors Bioelectronics等发表SCI论文40余篇,申请专利3项,参编专著2部。先后承担国家自然科学基金面上项目、青年科学基金,山东省自然科学基金,中国博士后科学基金等多项科研项目,获济南市优秀科技工编辑称号、获山东省循环经济科学技术奖三等奖。现兼任中国青年科技工编辑协会会员、SCI杂志Technology in Cancer Research & Treatment 副主编(Associate Editor)、Frontiers in Chemistry副主编(Associate Editor)、《分析试验室》青年编委。


    撰稿:高中锋        编辑:赵华磊        编审:贾海宁


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