DNA计算中荧光技术的应用及其发展

DNA 计算中荧光技术的应用及其进展张成 杨静 王淑栋 (北京大学信息科学技术学院，高可信度软件技术教育部重点实验室，北京 100871)摘要：DNA 运算作为前沿科学讨论的重点和热点，差不多从简单进展为复杂，从理论转化为应用。在这一过程中，反应速度快，变化灵敏的荧光标记技术发挥了重要的作用。本文围绕 DNA 运算和荧光标记技术两个方面进行说明。一方面，对近年来 DNA 运算中荧光技术的应用进行了总结：〔1〕荧光标记的表面运算。〔2〕与某些酶切技术相结合的荧光检测。〔3〕与 DNA 链置换相结合的荧光技术。〔4〕与基因沉默技术相结合的荧光 DNA 逻辑门。〔5〕与 DNA 自组装立体结构相结合的荧光技术。〔6〕与 DNA 变构相结合的荧光技术。另一方面，介绍了几种近年来进展起来的新型荧光技术：〔1〕荧光信号识别放大技术。〔2〕与磁珠技术相结合的荧光技术。〔3〕与 PH 值变化相结合的 DNA 荧光技术。〔4〕与 miRNAs 检测相结合的荧光技术。在今后的讨论中，只有将这两者紧密结合，才能发挥 DNA 运算天然的优势。关键词：DNA 运算；荧光标记技术；纳米技术；DNA 分子；杂交 1 引言DNA 由于其具有的特性，在大自然的进化中，被选择为稳固的遗传物质。在细胞中 ，DNA 精细地编码并操纵着整个细胞的新陈代谢。另一方面，DNA 分子容易构成二级甚至三级结构。因此，DNA 作为运算工具有着得天独厚的优势 1,2。近年来，DNA 运算领域进展迅速，专门在 DNA 分子自组装、DNA 纳米装置等方面 3。然而相伴着 DNA 运算解决问题的规模增大和形式多样化，求解过程中 DNA 分子数量急剧增加以及 DNA 分子结构复杂性的加大，求解过程中实验过程繁琐且存在误差，使得 DNA 运算中解的标记和检测变得更加困难 4。为了解决这一难题，荧光技术在 DNA 运算中逐步得到了广泛的应用。荧光是指某些物质受到某种波长的光激发后，其原子中的电子被激发到较高能级，产生的发射光荧光物质分子都具有刚性结构和共平面的 π-π 共轭体系。在激发态时，这种结构具有稳固性，能够连续数秒钟，从而有利于能量的转移 5。DNA 荧光技术在生物学领域中差不多有专门多应用，如近年来进展起来的 DNA 荧光标记、real-time 检测技术、分子信标技术等。荧光标记 DNA 简单便利，能够实时检测，而且灵敏度专门高，这些特点都使得其在 DNA运算中具有广泛的应用前景。目前，结合荧光技术的 DNA 运算差不多成为前沿讨论热点。荧光...