第３２卷第１２期２００９年１２月计算机学报ｖ０１．３２Ｎｏ．１２ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＤｅｃ．２００９ＤＮＡ计算中荧光技术的应用及其发展张成杨静王淑栋１００８７１）（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摘要ＤＮＡ计算作为前沿科学研究的重点和热点。已经从简单发展为复杂，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．文中围绕ＤＮＡ计算和荧光标记技术两个方面进行说明．一方面，对近年来ＤＮＡ计算中荧光技术的应用进行了总结：（１）荧光标记的表面计算；（２）与某嵝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自组装直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，介绍了几种近年来发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．在今后的研究中，只有将这两者紧密结合，才能发挥ＤＮＡ计算天然的优势．关键词ＤＮＡ计算；荧光标记技术；纳米技术；ＤＮＡ分子；杂交Ｄｏｌ号：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２００９．０２３００中图法分类号ＴＰ３０１ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＤＮＡＣｏｍｐｕｔｉｎｇＺＨＡＮＧＣｈｅｎｇ（ＫｅｙＳｆ＾ＤｏＺＹＡＮＧＪｉｎｇＷＡＮＧＳｈｕ—ＤｏｎｇｌｍｂｏｒｎｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈｃｏｎｆｉｄｅ孔ｃｅｓｏ，ｔｔｍｒｅＴｅｃｈ彻１０９ｉｅｓｏｆＭｉｎｉｓ押，０ｆＥｄｔｌｃｎｔｉｏｎ，Ｕｈｆ口Ｐｒ５ｆ￡ｙ，Ｂｅｏｆ刀ｇ１００８７１）ｏ，ＥＺＰ“，．Ｄ竹缸Ｅｋｇｆ打ＰＰｒｆ竹ｇ口村ｄＣ０卅户“ｆＰｒＳｆｉＰ竹ｆｅ，Ｐｅ是ｉ行ｇＡｂｓｔｒａｃｔＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇ，ａｓｔｏｆｏｃｕｓｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｆｉｅｌｄｓ，ｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｒｏｍｓｉｍｐｌｅｃａｎｔｏｃｏｍｐｌｅｘ，ｆｒｏｍｔｈｅｏｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ。Ｉｎｔｈｉｓｃｏｕｒｓｅ，ｔｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈａｎｂｅｈａｎｄｌｅｄｅａｓｉｌｙａｎｄｈａｓｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒｅｓｐｏｎｄ，ｐｌａｙｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ．Ｔｈｅｒｅｏｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅ．Ｔｈｉｓｈａｎｄ，ｐａｐｅｒｐａｙｓｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｓＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄｏｎｅｍａｊｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎＤＮＡｓｕｍｍｅｄｕｐ．ｓｅｖｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓ：（１）ｓｕｒｆａｃｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇｌａｂｅｌｅｄｂｙｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ．（３）Ｔｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎ０１０９ｙｏｎ（２）Ｔｈｅｕｓｅｄｉｎｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｅｎｚｙｍｅｃｕｔｔｉｎｇ．ＤＮＡｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｅａｓｉｎｇ．（４）ＴｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｌｏｇｉｃａｌｇａｔｅｂａｓｅｄＲＮＡｉ．Ａｔｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｔｅｉｎｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＲＮＡｉ．ｉｎＤＮＡｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ．（５）Ｔｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｅｄｏｎ（６）ＴｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄａｒｅＤＮＡｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ．０ｎｔｈｅｏｔｈ—ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：（１）Ｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｃａ—ｈａｎｄ，ｓｅｖｅｒａｌｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｉｏｎｏｆｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｃｏｎｓ．ｂｅａｄｓ．ｃｅｎｃｅ（２）Ｔｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｍａｇｎｅｔｉｃ（３）ＴｈｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｈａｎｇｉｎｇｗｉｔｈＰＨ．ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃａｎ（４）ＤｅｔｅｃｔｉｎｇｍｉＲＮＡｓｗｉｔｈｆｌｕｏｒｅｓ—Ｏｎｌｙｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅｓｅｔｗｏａｓｐｅｃｔｓｉｎｔｏｗｈｏｌｅ，ｍｏｓｔｏｆｔｈｅａｄＶａｎｔａｇｅｓｏｆＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｂｅｔａｋｅｎｕｓｅｄｅｎｔｉｒｅｌｙ．ＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇ；ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｌａｂｅｌｉｎｇ；ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ＤＮＡｍ０１ｅｃｕｌｅ；ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ收稿一期：２００８—１０—０９；最终修改稿收到日期：２００９一０９—２８．张成，男，１９８０年生，博士研究生，主要研究方向为ＤＮＡ计算机及ＤＮＡ纳米技术．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇ＿ｃｈｅｎｇ＠ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．扬静，女，１９８２年生，博士研究生，主要研究方向为ＤＮＡ计算机及ＤＮＡ纳米技术．王淑栋，女，１９７２年生，教授，主要研究领域为ＤＮＡ计算模型及组合优化．万方数据 张成等：ＤＮＡ计算中荧光技术的应用及其发展加入引发链，来释放另一ＤＮＡ链．（４）与基因沉默ｌ引言技术相结合的荧光ＤＮＡ逻辑门：利用ＲＮＡｉ技术控制表达荧光蛋白，从而构建了多重逻辑门．（５）与ＤＮＡ自组装立体结构相结合的荧光技术：在ＤＮＡ自组装结构的基础上，结合了荧光标记技术．（６）与ＤＮＡ变构相结合的荧光技术：通过ＤＮＡ分子的不同状态，构建了可控的荧光纳米装置．近年来，荧光技术不仅应用于生物学本身，而且在ＤＮＡ计算、信息学等诸多领域具有很大的应用潜力．下面有几种近年来发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．相信随着ＤＮＡ计算和荧光技术的发展，这两者必将紧密结合，使得ＤＮＡ计算的种类和方法更加多样和成熟．２ＤＮＡ由于其具有的特性，在大自然的进化中，被选择为稳定的遗传物质．在细胞中，ＤＮＡ精细地编码并控制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作为计算工具有着得天独厚的优势¨≈］．近年来，ＤＮＡ计算领域发展迅速，尤其在ＤＮＡ分子自组装、ＤＮＡ纳米装置等方面［３］．然而伴随着ＤＮＡ计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计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计算中逐渐得到了广泛的应用．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氕一丌共轭体系．在激发态时，这种结构具有稳定性，可以持续数秒钟，从而有利于能量的转移口］．ＤＮＡ荧光技术在生物学领域中已经有很多应用，如近年来发展起来的ＤＮＡ荧光标记、ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ检测技术、分子信标技术等．荧光标记ＤＮＡ简单便捷，可以实时检测，而且灵敏度非常高，这些特点都使得其在ＤＮＡ计算中具有广泛的应用前景．目前，结合荧光技术的ＤＮＡ计算已经成为前沿研究热点．荧光技术在ＤＮＡ计算中的应用主要有如Ｆ几类：（１）荧光标记的表面计算：通过ＤＮＡ固定化和杂交技术，在固相表面通过荧光标记进行计算．（２）与某些酶切技术相结合的荧光检测：利用特定酶与ＤＮＡ分子的特性，通过检测酶切后荧光量进行计算．（３）与ＤＮＡ链置换相结合的荧光技术：巧妙利用ＤＮＡ分子的三链甚至多链结构，通过ＤＮＡ计算中荧光技术的应用２．１荧光标记的表面计算ＤＮＡ表面计算其基本原理是：通过ＤＮＡ固定化和杂交技术，将代表所有町能存在解的不同ＤＮＡ序列固定在固相表面，然后通过多次的杂交以及降解过程来筛选正解．通过荧光标记可以检测每次和最终计算的结果．２００２年，Ａｄｌｅｍａｎ组使用杂交池完成了一个２０个变量的３可满足性问题［６］．２００４年Ｓｕ等在２０００年Ｌｉｕ［７］的工作基础上，设计了一种通用型的ＤＮＡ表面计算模型［引．同年，Ｓｃｈｍｉｄｔ等利用单分子杂交荧光标记技术４个变量的可满足性问题［９］．下面以２０００年，Ｌｉｕ等发表在《Ｎａｔｕｒｅ》上的ＤＮＡ表面计算经典实验为例，说明其解决ＳＡＴ问题的过程Ｌ７］．由于该问题共有１６种可能性，故将代（ａ）实验示意图图１（ｂ）列阵荧光检测结果万方数据 计算机学报表着不同可能解的ＤＮＡ片段固定在固相表面．在每一次的杂交筛选过程中，加人与固定ＤＮＡ链特异性互补的ＤＮＡ．那么，被杂交的固定ＤＮＡ链变为双链，而未互补的单链ＤＮＡ则被核酸外切酶Ｉ降解．通过数次操作，存在于固相表面的ＤＮＡ链就是每次经杂交而保留下来的ＤＮＡ链，也就是代表正解的ＤＮＡ链．该实验中，荧光技术主要应用在解检测的过程中：使用一条生物素标记的引物和另一条荧光标记的引物，以固相表面所有可能解的ＤＮＡ片段为模版，进行ＰＣＲ．利用磁珠将ＰＣＲ双链产物吸附，再分离双链，分离出荧光标记的ｓｓＤＮＡ．将这利用酶与ＤＮＡ分子的特性，通过检测酶切后２００１年，Ｗａｎｇ等在上述表面计算实验的基础０｜．通过上述核酸外切酶的方法，利用利用这一原理，结合荧光技术，如图所示，将荧７端方向（见图２（ｂ））．这Ｓｔｏｊａｎｏｖｉｃ等２００３年研制了一种名为ＭＡＹＡ万 方数据（ａ）￡ｄ口啮Ｄ［ｊ凸姐盘幔互虹耻越匣盥戤蚴。．盖＝温益。．。．：丑丑丑丑丑匣ｌＩⅡＩｆ［。．（ｂ）图２实验原理示意图基于以上原理，构建出以下几种逻辑门：ＹＥＳ些ｓｓＤＮＡ与经过多次杂交筛选的固相杂交，只有那些存留在固相表面的ＤＮＡ链可以杂交上，于是特定的位置就可以检测到较高荧光强度．２．２与某些酶切技术相结合的荧光检测荧光量进行计算．其实就是利用某些酶与ＤＮＡ分子空间结构的相互作用，再结合荧光技术来共同实现的．这种方法具有灵敏度高、反应速度快等特点．其最大的优点就是巧妙地将酶的生物特性与计算问题相结合，极大地丰富了ＤＮＡ计算的手段．上对解的检测又进行了新的改进，即将酶切和荧光技术相结合［１新技术完成单链ＤＮＡ的解的检测．其基本思想如下：左侧ＤＮＡ探针的３’端至少和右侧杂交的ＤＮＡ探针有一个碱基的重合，并使得右侧探针有５’端呈单链状态．此时右侧探针由两部分组成：一部分是和目标序列形成双链的；另一部分则是由非互补的５的游戏．这是一种利用特殊的ＤＮＡ酶Ｅ６（一种依赖于ＤＮＡ的ＲＮＡ酶）构建起来的逻辑门［１１｜．这种酶识别的ＤＮＡ底物要求具有特殊结构（如图３（ａ）所示）．只有当上部寡核苷酸探针与Ｅ６的支架区互补，上部寡核苷酸才能被切断释放．将寡核苷酸两端分别标记荧光淬灭基（如罗丹明）和荧光基，只有寡核苷酸探针被切断释放，荧光基才能有效激活并释放荧光．这是ＭＡＹＡ游戏进行逻辑判断的主要检测手段．构建有效的空间位阻是实现这个检测手段的关键．当寡核苷酸探针的结合使绿色标记的位阻消失的时候，加速酶切反应；当寡核苷酸探针的结合使红色标记的位阻消失的时候，降低酶切反应．型、ＮＯＴ型、ＡＮＤ型和ＡＮＤ—ＡＮＤ—ＮＯＴ型．ＹＥＳ端ＤＮＡ链组成（见图２（ａ））．此时该非互补的５’端ＤＮＡ臂会覆盖在上游寡核苷酸链上，与左侧探针至少有一个重合的碱基．恰恰在这重合的位置，可以形成酶切位点．因此，非互补的５’端ＤＮＡ臂可以被切割而释放．光基标记在非互补ＤＮＡ链的５’端，而将荧光淬灭基标记在重合的酶切位点３样，只要酶切位点被酶切，标记有荧光基的非互补的５’端ＤＮＡ链就会被释放，从而与荧光淬灭基分离，使得荧光释放量大大提高．这种方法可以有效检测目的片断是否存在．文中还将ＰＣＲ方法检测目的片断与这种荧光检测法进行了对比，发现该方法比ＰＣＲ检测具有更高的灵敏度．型逻辑门（图３（ｂ）所示），当ｉ１寡核苷酸加入时，消除原来ｉ１环状结构，从而标记的荧光探针可以与之结合，并且被切除释放．其判断过程为加入ｉ１，荧光输出．ＮＯＴ型逻辑门（图３（ｃ）所示），当加入ｉ６时，环状结构打开，荧光结合的寡核苷酸探针无法结合在互补区域，于是无荧光输出．其判断过程为加入ｉ６，荧光输出停止．ＡＮＤ型逻辑门（图３（ｄ）所示）实际上是将两个ＹＥＳ型逻辑门组装在一起．也就是说，只有当ｉ１和ｉ６都被加入时，才能有荧光输出．ＡＮ胁ＡＮ胁ＮＯＴ型逻辑门（图３（ｅ））是更为复杂的】２期张成等：ＤＮＡ计算中荧光技术的应用及其发展２３０３组合体．必须同时加入订和ｉ３，才能输出荧光．然而，只要有ｉ６存在，就不会输出荧光．文中解决的问题是在３×３的棋盘中完成３个棋子同线相连．考察所有的逻辑情况后，将所有可能的逻辑门都提前置于棋盘的网格中．再将代表棋子的寡核苷酸分别放入，然后观察荧光输出情况进行判断．Ｍｗ叠“¨Ｆ（ａ）（ｂ）（ｃ）ｌ弘圆（ｄ）（ｅ）图３几种逻辑门的构成示意图２．３与ＤＮＡ链置换相结合的荧光技术该技术多用来构建ＤＮＡ逻辑门．其巧妙利用的Ｇ寡核苷酸链被释放，与Ｇｉ。形成互补双链．此时的互补结构中，只剩下了寡核苷酸链Ｅ。和Ｆ．然后再加入Ｆｌ。寡核苷酸链，Ｆｉ。的一侧末端与Ｆ中间有互补序列，加之Ｅ。。。本身形成的是单链环状的不稳定结构，于是，Ｆ和Ｆｉ。结合成双链．Ｅ。。寡核苷酸链被释放．文中使用了荧光标记对Ｅ。。。的释放情况进行了检测（如图４（ｂ）所示）．Ｅｑ末端标记有荧光基，而Ｆｆ末端标记有荧光淬灭基．当其互补结构存在时，荧光恰被淬灭，从而无法检测．但是，当Ｅｑ和Ｆｆ分离时，荧光就被释放出来，从而表明ＤＮＡ链的分离情况．上述由Ｇ、Ｅ。、Ｆ的ＤＮＡ互补结构就可以构成与门．也就是说，只有同时加入Ｇｊ。和Ｆｊ。，才能诱发释放出荧光．值得注意的是，文章并不只是提出这种ＤＮＡ计算逻辑门，而是将其应用到生物基因检测中．在鼠脑总ＲＮＡ中，成功地检测了数个基因的表达情况．２００８年，Ｙｉｎ等对这种ＤＮＡ自粘贴、链置换进行了更为精细的研究［２引．其主要原理是利用ＤＮＡ茎环结构的链置换．如图５（ａ）所示，茎环结构Ａ是由ａｔ、ａ、ｂ、ｂｔ、ｃｔ、ｃ等ＤＮＡ序列构成的，在茎环结构末端有未互补的单链ＤＮＡ区域．如果加入与末端单链ＤＮＡ互补的序列，整个茎环结构就会打开（图中的ａｔ与ａｔ。可以互补，其它同理）．因此，当体ＤＮＡ分子的粘贴，通过加入引发链，来释放另一ＤＮＡ链．在逻辑计算中，这种技术具有循环性、自引发性、反馈性、灵敏性和准确性等特点．近年来在《Ｓｃｉｅｎｃｅ》等高水平科研杂志上都发表了大量系列工作，而且在生物检测领域具有广泛的实际应用前景．２０００年，Ｙｕｒｋｅ构建了一种ＤＮＡ链置换机器，在置换过程中可以实现闭合式运动［１２１．２００３年，Ｔｕｒｂｅｒｆｉｅｌｄ等构建了一种基于ＤＮＡ链置换的纳米机器［１３。．Ｓｈｉｎ等利用可反复的ＤＮＡ链置换，构建了可以反复读取和输入的三状态存储器ｕ引．２００６年，Ｓｅｅｌｉｇ等对ＤＮＡ链相互粘贴、置换的几种模式进行了实验［１引．２００６年，Ｇｒｅｅｎ等用茎环结构实现了ＤＮＡ链的粘贴互换Ｈ６１．２００７年，Ｚｈａｎｇ等实现了ＤＮＡ链置换的循环进行［１７］．２００７年，Ｖｅｎｋａｔａｒａｍａｎ等实现了通过ＤＮＡ链自粘贴来完成多段ＤＮＡ聚合延伸ｎ引．下面介绍两个具有代表性的工作．２００６年，Ｓｅｅｌｉｇ等报道了一种没有酶参与的ＤＮＡ逻辑门［１９｜．其基本原理如图４（ａ）所示，即先构建好由寡核苷酸链Ｇ、Ｅ。…Ｆ共同杂交组成的ＤＮＡ互补结构，再加入Ｇｉ。寡核苷酸链．此时，由于Ｇｉ。一侧末端和Ｇ的一侧单链末端互补，从而使逻辑门中万方数据 计算机学报（ａ）链置换原理示意图图４（ｂ）荧光标记原理示意图系中只加入Ａ、Ｂ这两种茎环结构时，相互之间无任何影响．但是，当体系中加入了寡核苷酸链Ｉ后，就触发了整个循环．Ｉ先和Ａ末端互补，使得Ａ的茎环结构打开．此时，Ａ的Ｂｔ区域与Ｂ的Ｂｔ＋相互作用，使得Ｂ的茎环打开．当Ｂ完全打开后，Ｂ的ａ。区域会与Ｉ竞争Ａ的ａ区域形成互补结构．被置换掉的Ｉ就可以重新激发新的循环．在上述基础之上，Ｙｉｎ等设计了多种复杂结构的实验：直线型、回路型、支架型、自动位移型（见图５（ｂ））．直线型指Ｉ与Ａ、Ｂ、Ｃ组件是逐级触发，形成串联关系．回路型指参与的激发物在循环结束后又被释放，从而再次作用于系统．并且构建了多个循环相互镶嵌的复杂体系．支架型指在整个触发过程中，不仅是线性的作用方向，而且是向二维平面的扩展．自动位异型则是用链置换实现了特定ＤＮＡ序列的位移．在这些实验中，荧光技术发挥了重要的作用．其中主要是将荧光基标记在茎环的一端，另一端则标记有荧光淬灭基．只有茎环结构打开，才能够检测到相应的荧光．根据标记不同的荧光，可以了解整个循环的反应速度和反应程度．尤其是在自动位移型实验中，通过检测荧光，可以得知特定ＤＮＡ序列在特定时间移动的位置．２．４因技术，其基本原理就是将想敲除的基因序列或者部分序列构建到特定载体中，经过转录，形成部分序列的反义ＲＮＡ（还可以通过直接加入特异的反义短寡核苷酸进行基因敲除）．这些ＲＮＡ很快就可以被酶解为小片段，并与相关的蛋白质形成复合体．于是，这种复合体就可以根据ＲＮＡ来识别特定的ｍＲＮＡ，从转录水平消除特定基因．Ｒｉｎａｕｄｏ等利用载体序列的线形串联排列以及基因表达的调控原理（非翻译区ｕＴＲ对下游基因转录的影响），构建了多个逻辑门模型．（１）或门，如图６（ａ（ｉ））所示，ｍＲＮＡｌ和ｍＲＮＡ２分别与荧光蛋白基因串联．这两个ｍＲＮＡ只要有一个正常转录表达，就会有荧光蛋白输出．因此，形成了“或”的关系．（２）与门，如图６（ａ（ｉｉ））所示，ＴａｒｇｅｔＡ、ＴａｒｇｅｔＢ序列是串联分布．假设有Ａ、Ｂ两种内源物分别抑制ｓｉＲＮＡ—Ａ和ｓｉＲＮＡ—Ｂ对ＴａｒｇｅｔＡ、Ｂ的影响．那么只有同时加入Ａ、Ｂ时，才能完全抑制ＲＮＡｉ作用，也就是说，此时荧光蛋白才能正常表达．因此Ａ和Ｂ形成“与”的关系．（３）非门，如图６（ａ（ｉｉｉ））所示，假设内源物Ａ对ｓｉＲＮＡ—ＮＯＴ（Ａ）有激活作用．当加入Ａ后，将会抑制Ｔａｒｇｅｔ—Ｎ（）Ｔ（Ａ）的表达，此时直接导致荧光蛋白产物的减少．将这些简单的逻辑门组合起来，就可以实现复杂的逻辑运算，如（ＡＡＮＤＣＡＮＤＥ）ｏＲ（ＮＯＴ（Ａ）ＡＮＤＢ），见图６（ａ（ｉｖ））．与基因沉默技术相结合的荧光ＤＮＡ逻辑门２００７年，Ｒｉｎａｕｄｏ等创造性地使用活体细胞，利用ＲＮＡｉ技术，通过控制特异基因的表达，构建多重逻辑门．这种技术将ＤＮＡ计算和基因表达、疾病诊疗有机地结合在一起，为ＤＮＡ计算的应用指出了另一方向‘２１１．ＲＮＡｉ技术是近年来发展起来的特异性沉默基首先确定Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ与各个ｓｉＲＮＡ之间的关系，如：加入Ａ抑制ｓｉＲＮＡ—Ａ，促进ｓｉＲＮＡ—Ｎ（）Ｔ（Ａ）．当Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ共同作用时，就可以根据基因排列的线性关系自动进行逻辑判断．在上述一步完成的ＲＮＡｉ逻辑门的基础上，万方数据 １２期张成等：ＤＮＡ计算中荧光技术的应用及其发展（ｂ）几种复杂类型：直线型、回路型、支架型、自动位移型图５图６还构建了二层逻辑门．所谓一步完成是指加入的ｓｉＲＮＡ直接发生作用，降低荧光基因的表达．而二层逻辑门是指首先调控一级蛋白质产物，再由一级蛋白质来调控二级荧光蛋白基因的表达．如图６（ｂ）所示，构建了ＡＮＤ运算逻辑门．ｍＲＮＡｌ和ｍＲ一ＮＡ２的表达都下降才能最大限度地减少ＬａｃＩ抑制子的表达，从而减小ＬａｃＩ抑制子对荧光蛋白的表达抑制．这种多层逻辑门与细胞内的蛋白、基因调控极为相似，因此在疾病诊疗方面有着广阔的应用前景．万方数据 计２．５算机学报与ＤＮＡ自组装立体结构相结合的荧光技术ＤＮＡ自组装是近期发展迅速的领域，也是具有核苷酸则被固定在镀有金的玻璃板上．当杂交并且被连接后，其感应力较未被连接有了显著提高，侧面说明环套结构的存在．在此基础上，还设计了将ＤＮＡ环分别同定在两个金微粒（１．４ｎｍ）上，然后利用内切酶进行切割分离的实验．实验结果证明，这些操作都可以在环套结构上成功实现．除了上述电镜检测外，ｗｅｉｚｍａｎｎ等还利用荧光技术进行了一系列实验．首先，如图７（ａ（ｉ））所示，将四甲基罗丹明标记在短寡核苷酸上，通过杂交，形成环套和多个短寡核苷酸复合物．在电镜下，可以观察到柱状荧光条带．然后，使用四甲基罗丹明标记的凝血酶，当凝血酶结合在环套的侧面时，利用ＡＦＭ电镜就可以观察到荧光条状ＤＮＡ，并伴有多节膨大结构．同时，还对环套结构进行了类似的双荧光探针杂交，结果发现产生了荧光共振能鼍转移．因为只有当两个荧光基和淬灭基的距离小于５ｎｍ时，才会出现能量转移，因此，也说明环套结构是有序排列存在的．应用前景的领域．其涉及编码、杂交、空间结构设计等多个方面．从自组装结构上分，自组装可分为一维线段结构、二维平面结构和三维立体结构．在ＤＮＡ自组装结构的基础上，结合荧光标记技术，发展了很多精巧的ＤＮＡ三维结构，如２００８年Ｇｏｏｄｍａｎ等构建的四面体，其边还可以产生荧光标记的可伸缩茎环［ｚ引．这些三维结构不仅仅包含有图像、结构信息，而且还能随着结构的变化应用于纳米技术、药物载体、ＤＮＡ计算等方面．２００８年ｗｅｉｚｍａｎｎ等的工作是将ＤＮＡ自组装和荧光技术紧密结合的一个例子［２引。首先，利用ＤＮＡ分子互补，将两环相接触部分的ＤＮＡ序列设计为互补，杂交后再经连接酶连接，就形成了稳定的环链结构．通过ＡＦＭ电镜检测，也能够看到环链结构的存在．另外，将一个环状寡核苷酸固定在有金包被的ＡＦＭ电镜感应头上，而与其有互补序列的寡（ａ）环链结构组成（ｂ）荧光段寡核苷酸和凝血酶标记的环链图７（ｃ）Ｉ）ＮＡ盒子盖开闭示意图２００９年Ａｎｄｅｒｓｅｎ等巧妙地将ＤＮＡ荧光技术应用在检测纳米装置开启和闭合［２４。．为了检测ＤＮＡ分子纳米盒子的盖子的开闭，分别在盖子和盒体上标记了Ｃｙ３和Ｃｙ５荧光染料（见图７（ｃ））．当加人“钥匙”ＤＮＡ链时，盒子盖打开，两个荧光分子分开．此时，Ｃｙ３的荧光信号增加，而Ｃｙ５荧光信号下降．在该实验中，利用荧光信号增减可以有效地检测ＤＮＡ纳米装置的空间变化．２．６结构．但是，对于含有多个ＧＣ的重复序列，当离子浓度发生变化时，就会伸展为左旋结构．如图８（ａ）所示的ＤＮＡ复合结构是由三条链组成的．其中，蓝色的两条链相同．在每个连接的转折处都由４相连的Ｔ组成．在这个复合结构的中部，也就是黄色标记的序列，其中含有多个ＧＣ的重复序列．当改变离子浓度时，该区域就会伸展成为左旋结构．将荧光发射基和接收基固定在如下所示位置（圆点）．只有当复合结构是＆ＤＮＡ时，才能通过能量转移激发出荧光．当其为Ｚ—ＤＮＡ时，由于两个基团距离加大，从而无法实现能量转移．图８（ｂ）为Ｂ、Ｚ型ＤＮＡ转换时其能量转移的变化．与ＤＮＡ变构相结合的荧光技术通过ＤＮＡ分子的不同状态，构建可控的荧光纳米装置．随着ＤＮＡ分子的变构，其荧光强度也随之变化．因此，通过检测荧光强度就可以知道ＤＮＡ分子的构象变化．１９９９年，Ｍａｏ等构建了一种基于ＤＮＡ分子变构的纳米装置心５｜．其应用的原理就是Ｂ、Ｚ型ＤＮＡ的相互转换．Ｂ—ＤＮＡ就是我们所熟悉的右手螺旋３近期荧光技术的新发展荧光技术发展速度很快，在ＤＮＡ计算、信息万方数据 １２期张成等：ＤＮＡ计算中荧光技术的应用及其发展（ａ）ＤＮＡ复合结构变构不息图图８（ｂ）Ｉ）ＮＡ转换时其能最转移学、物理学等诸多领域具有很大的应用潜力．下面介绍几种近年来发展起来的新型荧光技术，希望能为ＤＮＡ计算提供新的思路．（１）荧光分子信标信号放大技术；（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．３．１荧光分子信标信号放大技术分子信标技术是目前较为成熟的技术，尤其是在检测方面有着霞要的应用．但是当检测物很少时，分子信标产生的荧光就不足以被检测，甚至发生错误信号．２００８年，Ｇｅｉｓｓ等报道了一种基因表达的多色荧光分析系统［２６｜．其中使用了固定化、探针捕捉、多色荧光标记等多种技术．２００５年，Ｌｅｗｉｓ等设计了能同时激发多种荧光的方法，使得ＤＮＡ检测速度以及准确度都大大提高［２川．２００８年，Ｉ。ｉ等提高了荧光分子信标的信号强度［２８１．其原理（如图９（ａ）所示）就是先通过普通的分子信标杂交过程，待分子杂交产生荧光信号后，此时加入特异的缺刻ＤＮＡ酶，即将因杂交而展开的分子信标切断，并释放．从而，再进行新的一轮分子信标杂交释放，荧光信号就会积累增多．在此基础上，还建立了一种加强型荧光分子信标信号放大技术（如图９（ｂ）所示）．首先，与目标片断互补的单链ＤＮＡ杂交，再使用连接酶进行连接成环．随后，利用ＤＮＡ聚合酶Ｄ２９以环状ＤＮＡ为模板，加入单引物进行ＰＣＲ．在随后扩增的线性模板上，就含有多处目标片断．此时，再进行上述的荧光分子信标信号放大．就可以大大提高信号强度．（ａ）荧光信号积累原理图９（ｂ）加强型荧光分子信标信号放大原理３．２与磁珠技术相结合的ＤＮＡ检测荧光技术磁珠技术，使得ＤＮＡ分子的捕捉和释放变为可能．通过ＤＮＡ特异性杂交，可以特异性地获取ＤＮＡ分子．２００５年，Ｘｕ等就将磁珠技术与荧光技术相结合，建立新型的ＤＮＡ检测系统［２引．首先，将标记生物素的ＤＮＡｌ与磁珠相结合．通过目标ＤＮＡ３，可以使ＤＮＡｌ、２、３相互杂交，形成复合体．在ＤＮＡ３上标记有荧光集团．通过磁珠分离，将捕获的ＤＮＡ２和目标ＤＮＡ３洗脱．由于ＤＮＡ分子本省带有负电荷，于是可以与带有正电荷的水溶性聚乙烯（被标记有特殊基团）吸附．此时就会产生能量转移，从而产生荧光，并被检测（如图１０所示）．万方数据 计算机学报图１０与磁珠技术相结合的ＤＮＡ检测荧光技术原理３．３与ＰＨ值变化相结合的ＤＮＡ荧光技术的荧光集团远离金表面（约８ｎｍ）．当有激发光激发时，就会产生绿色荧光，实验还ｉ正实这种荧光的变化是可逆的．通过控制ＰＨ值，可以有效地进行荧光变化．３．４ＤＮＡ的构象会随着ＰＨ值的变化而改变．利用这一特性，２００５年，Ｌｉｕ等构建了一种随ＰＨ值变化的ＤＮＡ荧光装置［３…．整个装置是由ＤＮＡ寡核苷酸阵列构成的．在每个寡核苷酸的５’端标记有一ＳＨ，随后是由一ＣＣＣＣ一４个胞嘧啶组成的ＤＮＡ序列，在３’端标记有若丹明绿色荧光基团．每个ＤＮＡ寡核苷酸被固定在金表面．当ＰＨ值较低时（４～９之间），有些胞嘧啶会发生质子化，从而与其他胞嘧啶产生分子间非经典配对．此时，寡核舒酸链就会形成蜷缩状结构，而不会与互补链杂交（如图１１（ａ）所示）．在这种状态下，荧光集团非常靠近金表面（约１ｎｍ），此时就不能被激发光激发．随着ＰＨ值的增大，胞嘧啶质子化程度降低，其分子问非经典配对也随之降低．若加入互补链，在金表面，展开的寡核苷酸会与互补链杂交，使得寡核苷酸３７端与ｍｉＲＮＡｓ检测相结合的荧光技术ｍｉＲＮＡｓ在真核生物的调控中发挥着重要的作用．但是ｍｉＲＮＡｓ的含量很低，检测起来比较困难．结合ＤＮＡ寡核苷酸微列阵技术、荧光技术、酶切、酶联技术，２００４年Ｎｅｌｓｏｎ等发明了一种称为ＲＡＫＥ的榆测ｍｊＲＮＡｓ的方法［３１｜．首先建立寡核苷酸微列阵．每个寡核苷酸由三部分组成：支架序列、数个胸腺嘧啶、特异性ｍｉＲＮＡｓ的互补序列．将寡核苷酸链５’端共价连在芯片玻璃表面．其次，当ｍｉＲＮＡｓ特异性杂交在寡核苷酸上时，用核酸外切酶Ｉ处理，将没有特异性杂交上ｍｉＲＮＡｓ的寡核苷酸链降解．此时保留下来的寡核苷酸上都杂交有（ａ）原理图（ｂ）随着ＰＨ值荧光可逆地进行变化万方数据 １２期张成等：ＤＮＡ计算中荧光技术的应用及其发展２３０９ｍｉＲＮＡｓ．与此同时，使用ＤＮＡ聚合酶Ｋｌｅｎｏｗ，以ｍｉＲＮＡｓ为引物，以保留下来的寡核苷酸链为模板，再加入共价连接有生物素的ｄＡＴＰ进行扩增．最后，加人共价连接有荧光基团的链合霉素，使其与连接有生物素的ＤＮＡ链结合．通过激发荧光，保留下来的并被扩增了的寡核苷酸区域就会发出荧光．其荧光量的多少，还能显示该ｍｉＲＮＡｓ量的多少．图１２ＲＡＫＥ原理示意图４展望在生物技术高速发展的今天，ＤＮＡ计算的研究也是日新月异．近年来，在高水平科学研究刊物上，发表了大量ＤＮＡ计算方面的研究成果．ＤＮＡ计算一直是世界科研领域的研究重点和热点．ＤＮＡ计算发展至今，已经从开始的实验阶段逐渐转入实用阶段；从单一型技术逐渐发展为多元化技术；从简单的结构逐渐扩增为复杂结构．荧光技术作为一种生物技术，其发展较早，且应用广泛．因其体积小，便于标记，反应速度快，变化灵敏，所以在核酸标记和检测方面有着得天独厚的优势．对于ＤＮＡ计算这种精细化、定量化、复杂化的发展，荧光技术的种种特性都可以满足并适用于ＤＮＡ计算的发展．比如近两年，关于ＤＮＡ链置换荧光技术的研究，这种链置换过程都属于单分子间的变化，如果使用常规生物实验手段根本无法实现．而荧光技术的单个分子标记、荧光激发和湮灭性质及其实时超高灵敏性检测都表明其在ＤＮＡ计算中的天然优势．因此，荧光技术的进步必然推动ＤＮＡ计算的发展．同时，荧光技术在ＤＮＡ计算的应用也拓宽了其自身应用领域．这种跨学科、跨领域的融合万 方数据贯通是推动整个科学前进的原动力．一方面，应该关注荧光技术与其他生物技术（如基因芯片技术、磁珠技术等）最新的发展和联系；另一方面，必须深刻地认识和了解计算科学所亟需解决的重要问题．只有充分的将两个方面有机地结合，通过提出创造性想法，才能将ＤＮＡ计算转变为实用、稳定的计算手段；才能发挥ＤＮＡ计算天然的优势．参考文献ＸｕＪｉｎ，ＺｈａｎｇＳｈｅ—Ｍｉｎ，ＦａｎＹｕｅ—Ｋｅ，ＧｕｏＹａｎｇ—Ａｎ．ＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｄｖａｎｃｅｓａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ（Ⅲ）；Ｔｈｅａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆ“Ｄａｔａ”ｉｎＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆ（ｂｍｐｕｔｅｒｓ，２００７，３０（６）：８６９—８８０（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（许进，张社民，范月科，郭养安．ＤＮＡ计算机原理、进展及难点（Ⅲ）：分子牛物计算中的数据结构与特性．计算机学报，２００７，３０（６）：８６９—８８０）ＹａｎＨａｏ．Ｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，３０６：２０４８—２０４９ＢａｔｈＪｏｎａｔｈａｎ，ＴｕｒｂｅｒｆｉｅｌｄＡｎｄｒｅｗＪ．ＤＮＡｎａｎｏｍａｃｈｉｎｅｓ．ＮａｔｕｒｅＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２：２７５—２８４ＸｕＪｉｎ，ＴａｎＧａｎｇ－Ｊｕｎ，ＦａｎＹｕｅ—Ｋｅ，ＧｕｏＹａｎｇ－Ａｎ．ＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒｐ“ｎｃｉｐｌｅ，ａｄｖａｎｃｅｓａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ（Ⅳ）：ｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｓｏｆＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒ．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ，２００７，３０（６）：８８１－８９３（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（许进，谭钢军，范月科，郭养安．ＤＮＡ计算机原理、进展及难点（Ⅳ）：论ＤＮＡ计算机模型．计算机学报，２００７，３０（６）：８８１１８９３）ＨｕａｎｇＸｉａｏ．Ｆｅｎｇ，ＺｈａｎｇＹｕａｎ—Ｑｉａｎｇ，ＺｈａｎｇＹｉｎｇ—Ｑｉ．Ｆ１ｕ—ＰｒｏｂｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｂｅ巧ｉｎｇ：Ｐｅｏｐｌｅ’ｓＭｉｌｉｔａｒｙＭｅｄｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，２００４（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）（黄晓峰，张远强，张英起．荧光探针技术．北京：人民军医出版社，２００４）ＢｒａｉｃｈＲａｖｉｎｄｅｒｊｉｔＳ，ＣｈｅｌｙａｐｏｖＮｉｃｋ０１ａｓ，ＪｏｈｎｓｏｎＣｌｉｆｆ．Ｓｏ—ｌｕｔｉｏｎｏｆ２０—ｖａｒｉａｂｌｅ３一ＳＡＴｐｒｏｂｌｅｍＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２。２９６：４９９—５０２Ｉ．ｉｕＱｉｎｇｈｕａ，ＷａｎｇＩ。ｉｍａｎ，ＦｒｕｔｏｓＡｎｔｈｏｎｙＧ．ＤＮＡｃｏｍ—ｐｕｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓ．Ｎａｔｕｒｅ，２０００，４０３：１７５—１７９ＳｕＸｉｎｇｐｉｎｇ，ＳｍｉｔｈＬｌｏｙｄＭ．ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｕｎｉｖｅｒｓａｌｓｕｒｆａｃｅＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒ．ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，３２（１０）：３１１５—３１２３ＳｃｈｍｉｄｔＫ“ｓｔｉａｎｅＡ，ＨｅｎｋｅｌＣｈ“ｓｔｉａａｎＶ，ＲｏｚｅｎｂｅｒｇＧｒｚｅ—ｇｏｒｚ．ＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｕｓｉｎｇｓｉｎｇｌｅ—ｍｏｌｅｃｕｌｅｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，３２（１７）：４９６２—４９６８ＷａｎｇＩ．ｉｍａｎ，ＨａｌｌＪｅｆｆＧ，ＬｕＭａｎｃｈｕｎ．ＡＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｒｅａｄｏｕｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｂａｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ—ｓｐｅｃｉｆｉｃｃｌｅａｖａｇｅ．ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，１９：１０５３—１０５９ＳｔｏｊａｎｏｖｉｃＭｉｌｌｉａｎＮ，ＳｔｅｆａｎｏｖｉｃＤａｒｋｏ．Ａｄｅｏｘｙｒｉｂｏｚｙｍｅ－ｂａｓｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒａｕｔｏｍａｔｏｎ．ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，２１：１０６９一１０７４２３１０计算机学报２００９年ｒ１２］ＹｕｒｋｅＢｅｒｎａｒｄ，ＴｕｒｂｅｒｆｉｅｌｄＡｎｄｒｅｗＪ．ＭｉｌｌｓＪｒＡｌｌｅｎＰ．ＡＤＮＡ—ｆｕｅｌｌｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｃｈｉｎｅｍａｄｅｏｆＤＮＡ．Ｎａｔｕｒｅ，２０００，４０６：６０５—６０８［１３］ＴｕｒｂｅｒｆｉｅｌｄＡＪ，ＭｊｔｃｈｅｌｌＪｃ．ＤＮＡｆｕｅｌｆｏｒｆｒｅｅ—ｒｕｎｎｉｎｇｎａｎｏｍａｃｈｉｎｅｓ．ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＬｅｔｔｅｒｓ，２００３，９０（１１）：１１８８０２一ｌ－１１８８０２—４［１４］ＳｈｉｎＪｏｎｇ—ｓｈｉｋ。ＰｉｅｒｃｅＮｉｌｅｓＡ．ＲｅｗｒｉｔａｂｌｅｍｅｍｏｒｙｂｙｔｒｏｌｌａｂｌｅｎａｎｏｐａｔｔｅｒｎｉｎｇｏｆＤＮＡ．ＮａｎｏＩ。ｅｔｔｅｒｓ，２００４，４（５）：９０５—９０９［１５］ＳｅｅｌｉｇＧｅｏｒｇ，ＹｕｒｋｅＢｅｍａｒｄ，ｗｉｎｆｒｅｅＥ以．Ｃａｔａｌｙｚｅｄ１ａｘａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｓｔａｂｌｅＤＮＡＦｕｅｌ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００６，１２８：１２２１１—１２２２０［１６］ＧｒｅｅｎｓｉｍｏｎＪ，Ｌｕｂ“ｃｈＤａｎｉｅｌ，ＴｕｒｂｅｒｆｉｅｌｄＡｎｄｒｅｗＪ．ＤＮＡｈａｉｒｐｉｎｓｆｕｅｌｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓＤＮＡｄｅｖｉｃｅｓ．ＢｉｏｐｈｙｓｉｃａｌＪｏｕｒ—ｎａｌ，２００６，９１：２９６６—２９７５［１７］ｚｈａｎｇＤａｖｉｄＹｕ，ＴｕｒｂｅｒｆｉｅｌｄＡｎｄｒｅｗＪ，ＹｕｒｋｅＢｅｍａｒｄ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｎｔｒｏｐｙ—ｄｒｉｖｅｎｒｅａｃｔｉｏｎｓａｎｄｎｅｔｗｏｒｋｓｃａｔａｌｙｚｅｄｂｙＤＮＡ．Ｓｃｉｅｎｃｅ。２００７，３１８：１１２１—１１２５［１８］ＶｅｎｋａｔａｒａｍａｎＳｕｖｉｒ，ＤｉｒｋｓＲｏｂｅｒｔＭ，ＲｏｔｈｅｍｕｎｄＰａｕｌｗＫ．ＡｎａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎｍｏｔｏｒｐｏｗｅｒｅｄｂｙＤＮＡｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ．ＮａｔｕｒｅＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２：４９０一４９４［１９］ｓｅｅＩｉｇＧｅｏｒｇ，ｓｏｌｏｖｅｉｃｈｉｋＤａｖｉｄ，ｚｈａｎｇＤａｖｉｄＹｕ，ｗｉｎｆｒｅｅＥ“ｋ．Ｅｎｚｙｍｅ—ｆｒｅｅｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄｌｏｇｉｃｃｉｒｃｕｉｔｓ．ｓｃｉｅｎｃｅ，２００６，３１４１５８５—１５８８［２０］ＹｉｎＰｅｎｇ，ｃｈｏｉＨａｒｒｙＭＴ，ｃａｌｖｅｒｔｃｏｌｂｙＲ．Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｂｉｏｍ０１ｅｃｕｌａｒｓｅｌｆ—ａｓｓｅｍｂｌｙｐａｔｈｗａｙｓ．Ｎａｔｕｒｅ，２００８，４５１：３１８—３２２［２１］ＲｉｎａｕｄｏＫｅｌｌｅｒ，ＢｌｅｒｉｓＬｅｏｎｉｄａｓ，ＭａｄｄａｍｓｅｔｔｉＲｏｈａｎ．ＡｕｎｉｖｅｒｓａｌＲＮＡｉ－ｂａｓｅｄｌｏｇｉｃｅｖａｌｕａｔｏｒｔｈａｔｏｐｅｒａｔｅｓｉｎｍａｍ—ｍａｌｉａｎｃｅｌｌｓ．ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎ０１０９ｙ，２００７，２５（７）：７９５—８０１［２２］ＧｏｏｄｍａｎＲｕｓｓｅｌｌＰ，ＨｅｉｌｅｍａｎｎＭｉｋｅ，Ｄｏｏｓｅｓｏｒｅｎ．Ｒｅｃｏｎ—ｆｉｇｕｒａｂｌｅ，ｂｒａｃｅｄ，ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＤＮＡＺＨＡＮＧＣｈｅｎｇ，ｂｏｒｎｉｎ１９８０，Ｐｈ．Ｄ．ｃａｎｄｉｄａｔｅ．ＨｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎｃｌｕｄｅＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＤＮＡｔｅｃｈｎｏＩｏｇｙ．ＴｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉ—ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（ＧｒａｎｔＮｏｓ．６０５３３０１０，３０６７０５４０，６０８７４０３６，ａｎｄ６０５０３００２），ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｇｒａｍ（８６３Ｐｒｏｇｒａｍ）（ＧｒａｎｔＮｏ．２００６ＡＡ０１２１０４），ｔｈｅＰｈ．Ｄ．ＰｒｏｇｒａｍｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（ＧｒａｎｔＮｏ．２００７０００１０２０），ｔｈｅＰｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（ＧｒａｎｔＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｉｓｎｅｗｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓｒｅｌａｔｉｎｇｔｏｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｂｉｏｌｏｇｙ，ｃｈｅｍｉｓ—ａｎｄｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．万 方数据ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，３：９３—９６［２３］ｗｅｉｚｍａｎｎＹｏｓｓｉ，ＢｒａｕｎｓｃｈｗｅｉｇＡｄａｍＢ，ｗｉＩｎｅｒＯｆｅｒ１．ＡｐｏｌｙｃａｔｅｎａｔｅｄＤＮＡｓｃａｆｆｏｌｄｆｏｒｔｈｅｏｎｅ—ｓｔｅｐａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｈｉ一ｅｒａｒｃｈｉｃａｌｎａｎｏｓ”ｕｃｔｕｒｅｓ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄ—ｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，２００８，１０５（１４）：５２８９—５２９４［２４］ＡｎｄｅｒｓｅｎＥｂｂｅｓ，ＤｏｎｇＭｉｎｇｄｏｎｇ，ＮｉｅｌｓｅｎＭｏｒｔｅｎＭ，ＪａｈｎＫａｓｐｅｒ，ＳｕｂｒａｍａｎｉＲａｍｅｓｈａ１．Ｓｅｌｆ＿ａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｎａｎｏｓｃａＩｅＤＮＡｂｏｘｗｉｔｈｃｏｎｔｒ０１ｌａｂｌｅｌｉｄ．Ｎａｔｕｒｅ，２００９，４５９：７３—７７［２５］Ｍａｏｃｈｅｎｇ—Ｄｅ，ｓｕｎｗｅｉ—Ｑｉｏｎｇ，ｓｈｅｎｚｈｉ—Ｙｏｎｇ．Ａｎａｎｏｍｅ一ｃｈａｎｉｃａｌｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｔｈｅＢ—ＺｓｉｔｉｏｎｏｆＤＮＡ．Ｎａｔｕｒｅ，１９９９，３９７（１４）：１４４—１４６［２６］ＧｅｉｓｓＧａｒｙＫ·ＢｕｍｇａｍｅｒＲｏｇｅｒＥ，Ｂｉｒｄｉ“Ｂ—ａＤｉｒｅｃｔｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｗｉｔｈｃｏｌｏｒ．ｃｏｄｅｄｐｆＤｂｅｐａｉｒｓ．ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎ０１０９ｙ，２００８，２６（３）：３１７—３２５［２７］ＬｅｗｉｓＥｒｎｅｓｔＫ，ＨａａｌａｎｄｗａｄｅＣ，ＮｇｕｙｅｎＦｒｅｄｄｙ．ｃ０１０ｒ－ｂ“ｎｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｆｏｕ卜ｃｏｌｏｒＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，２００５，１０２（１５）：５３４６＋５３５１［２８］ＬｉＪｉａｎｗｅｉＪｅｆｆｅｒｙ，ｃｈｕＹｉｚｈｕｏ，Ｉ，ｅｅＢｅｎｊａｍｉｎＹｉ—Ｈｕｎｇ．Ｅｎ—ｚｙｍａｔｉｃｓｉｇｎａｌａｍｐｌｉｆｉｃａｔｊｏｎｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｅａｃｏｎｓｆｏｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅＤＮＡｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００８，３６（６）：３６［２９］ｘｕＨｕｉ，ｗｕＨａｉｐｉｎｇ。ＨｕａｎｇＦｅｉ．ＭａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙａｓｓｉｓｔｅｄＤＮＡａｓｓａｙｓｈｉｇｈｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙｕｓｉｎｇｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｐ０１ｙｍｅｒｓｆｏｒａｍｐｌｉｆｉｅｄｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ．ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｚ００５，３３（９）：８３［３０］Ｉ。ｉｕＤｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＢｒｕｃｋｂａｕｅｒＡｎｄｒｅａｓ，ＡｂｅＩｌｃｈｒｉｓ．ＡｖｅｒｓｉｂｋｐＨ—ｄｒｉｖｅｎＤＮＡｎａｎｏｓｗｉｔｃｈＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００６，１２８：２０６７２０７１［３１］ＮｅｌｓｏｎＰｅｔｅｒＴ，ＢａｌｄｗｉｎＤｏｎＡ，ｓｃｅａｒｃｅＩ。Ｍａｒｉｅ．Ｍｉｃｒｏａｒ一ｒａｙ＿ｂａｓｅｄｈｉｇ卜ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｉｎｇｏｆｍｉ—ｃｒｏＲＮＡｓ．ＮａｔｕｒｅＭｅｔｈｏｄｓ，２００４，ｌ（２）：１５５一１６１ＹＡＮＧＪｉｎｇ，ｂｏｒｎｉｎ１９８２，Ｐｈ．Ｄ．ｃａｎｄｉｄａｔｅ．ＨｅｒｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎｃｌｕｄｅＤＮＡｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＤＮＡｎａｎｏｔｅｃｈｎ—ｏｌｏｇｙ．ＷＡＮＧＳｈｕ－ＤｏＩ瞎，ｂｏｒｎｉｎ１９７２，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．ＨｅｒｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎｃｌｕｄｅＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｍｂｉｎａ—ｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚｅ．ＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｓｋｓｍｏｒｅｑｕａ“ｔｙ，ｒａｔｉｏｎａｌａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍｅｅｔｔｈｅｓｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｓｎｅｗｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓ，ｍｏｒｅｐａｐｅｒｓａｂｏｕｔＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇｐｕｂｌｉｓｈｅｄｉｎｈｉｇｈｌｅｖｅｌｒｅｓｅａｒｃｈｊｏｕｒｎａｌｓ，ｌｉｋｅｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＵｓｉｎｇｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ，ｉｔｉｓｅａｓｉｅｒｔｏｌａｂｅｌｓｉｎｇｌｅｍｏｌｅｃｕｌｅａｎｄｄｅｔｅｃｔｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉＨｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｏｆＤＮＡｃｏｍｐｕｔｉｎｇ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅａｌｓｏｅｎｌａｒｇｅｓｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｓｕｃｈｋｎｏｗｌｅｄｇｅｆｕ—ｉｓｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｐｒｏｍｏｔｅｉｎｓｃｉｅｎｃｅ．ＢａｃｋｇｒＯｎｎｄｓｔｅｐｓｃｅｎｔｌｙａｎｄＮｏ．２００６０４００３４４）．ｔｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｉｏｎｏｆDNA计算中荧光技术的应用及其发展
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
张成， 杨静， 王淑栋， ZHANG Cheng， YANG Jing， WANG Shu-Dong
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计算机学报
CHINESE JOURNAL OF COMPUTERS2009,32(12)2次
1.Su Xingping;Smith Lloyd M Demonstration of a universal surface DNA computer[外文期刊] 2004(10)2.Liu Qinghua;Wang Liman;Frutos Anthony G DNA computing on surfaces 2000
3.Braich Ravinderjit S;Chelyapov Nickolas;Johnson Cliff Solution of a 20-variable 3-SAT problem on aDNA computer 2002
4.Goodman Russell P;Heilemann Mike;Doose Soren Reconfigurable,braced,three-dimensional DNAnanostructures 2008
5.Rinaudo Keller;Bleris Leonidas;Maddamsetti Rohan A universal RNAi-based logic evaluator thatoperates in mammalian cells[外文期刊] 2007(07)
6.Yin Peng;Choi Harry M T;Calvert Colby R Programming biomolecular self-assembly pathways 20087.Schmidt Kristiane A;Henkel Christiaan V;Rozenberg Grzegorz DNA computing using single-moleculehybridization detection[外文期刊] 2004(17)8.黄晓峰;张远强;张英起 荧光探针技术 2004
9.许进;谭钢军;范月科;郭养安 DNA计算机原理、进展及难点(Ⅳ):论DNA计算机模型[期刊论文]-计算机学报2007(06)
10.Bath Jonathan;Turberfield Andrew J DNA nanomachines 200711.Yan Hao Nucleic acid nanotechnology 2004
12.Nelson Peter T;Baldwin Don A;Scearee L Marie Microarray-based high-throughput gene expressionprofiling of microRNAs 2004(02)
13.Liu Dongsheng;Bruckbauer Andreas;Abell Chris A reversible pH-driven DNA nanoswitch array 200614.Xu Hui;Wu Haiping;Huang Fei Magnetically assisted DNA assays high selectivity using conjugatedpolymers for amplified fluorescent transduction 2005(09)
15.Li Jianwei Jeffery;Chu Yizhuo;Lee Benjamin Yi-Hung Enzymatic signal amplification of molecularbeacons for sensitive DNA detection 2008(06)
16.Lewis Ernest K;Haaland Wade C;Nguyen Freddy Colorblind fluorescence detection for four-color DNAsequencing 2005(15)
17.Geiss Gary K;Bumgarner Roger E;Birditt Brian Direct multiplexed measurement of gene expressionwith color-coded probe pairs 2008(03)
18.Mao Cheng-De;Sun Wei-Qiong;Shen Zhi-Yong A nanomechanical device based on the B-Z transition ofDNA 1999(14)
19.Andersen Ebbe S;Dong Mingdong;Nielsen Morten M;Jahn Kasper Subramani Ramesh Self-assembly of ananoscale DNA box with a controllable lid 2009
20.Weizmann Yossi;Braunschweig Adam B;Wilner Ofer I A polycatenated DNA scaffold for the one-stepassembly of hierarchical nanostructures 2008(14)
21.Scelig Georg;Soloveichik David;Zhang David Yu;Winfree Erik Enzyme-free nucleic acid logiccircuits 2006
22.Venkataraman Suvir;Dirks Robert M;Rothemund Paulw K An autonomous polymerization motor powered byDNA hybridization 2007
23.Zhang David Yu;Turberfield Andrew J;Yurke Bernard Engineering entropy-driven reactions andnetworks catalyzed by DNA 2007
24.Green Simon J;Lubrich Daniel;Turberfield Andrew J DNA hairpins fuel for autonomous DNA devices2006
25.Seelig Georg;Yurke Bernard;Winfree Erik Catalyzed relaxation of a metastable DNA Fuel 200626.Shin Jong-Shik;Pierce Niles A Rewritable memory by controllable nanopatterning of DNA[外文期刊]2004(05)
27.Turberfield A J;Mitchell J C DNA fuel for free-running nanomachines 2003(11)
28.Yurke Bernard;Turberfield Andrew J;Mills Jr Allen P ADNA-fuelled molecular machine made of DNA2000
29.Stojanovic Millian N;Stefanovic Darko A deoxyribozymebased molecular automaton 2003
30.Wang Liman;Hall Jeff G;Lu Manchun A DNA computing readout operation based on structure-specificcleavage 2001
31.许进;张社民;范月科;郭养安 DNA计算机原理、进展及难点(Ⅲ):分子生物计算中的数据结构与特性[期刊论文]-计算机学报 2007(06)
1.张成.杨静.王淑栋 DNA计算中荧光技术的应用及其发展[期刊论文]-计算机学报 2009(12)2.张成.杨静.王淑栋 DNA计算中荧光技术的应用及其发展[期刊论文]-计算机学报 2009(12)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjxb200912002.aspx