基于信息存储的TdT酶促DNA合成芯片的研究

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随着科学技术与信息产业的迅速发展,全球的信息总量正在呈爆发式增长,现有的存储设备将难以满足现阶段信息存储的需求。DNA分子作为一种存储密度高、安全稳定的信息存储介质,有望满足未来信息存储的需求。DNA合成技术作为DNA信息存储的基础层技术,开展高保真高通量DNA合成技术及仪器的相关研究对于信息存储具有重要意义。传统亚磷酰胺DNA化学合成方法,错误率较高、易产生化学污染,而酶促DNA合成在合成精准度、合成长度、环境友好性等方面具有可以颠覆现有化学方法的巨大潜力,因此开展基于酶法DNA合成的信息存储技术具有重要意义。本文针对自动化新型酶促DNA合成的需求,设计了一种用于酶促DNA合成的微流控芯片,采用二叉树结构实现DNA链的多通道并行酶促合成。本文主要进行了下述三个方面的研究:首先,选取醛基化修饰的玻片作为固相载体,利用醛氨缩合生成希夫碱的化学反应,将5′端修饰有氨基的引发oligo固定在固相载体上,并采取手动操作的方式,通过酶法DNA合成在固定好的引发oligo上延伸DNA链。利用在引发oligo中添加的尿嘧啶核苷酸,通过核酸内切酶VIII与尿嘧啶DNA糖基化酶(Uracil-DNA glycocasylase,UDG)特异性识别尿嘧啶碱基并将DNA链切断,从而将合成好的DNA释放出来。采用荧光原位杂交技术和质谱检测技术检验了引发oligo固定、酶促DNA合成与DNA链切割的效果。其次,设计了一款可以实现自动化DNA合成的芯片。芯片包含液路进入端口、二叉树液体分配岔路与DNA合成区域三部分。通过模拟仿真设计了芯片各部分的结构参数,并采用软光刻技术加工了具有气液分层结构的合成芯片。利用蠕动泵驱动液体流动,以气动阀控制不同流路的通断,经过多次实验测试优化改进了芯片的外围阀控系统。最后,通过将固定引发oligo后的醛基玻片与芯片PDMS层键合在一起,制备了DNA合成芯片。在连接合成芯片与外围阀控系统的基础上,通过设置阀控系统的时序流程,控制试剂循环进入不同的DNA合成区域,实现了不同合成区域中DNA链的并行自动化延伸,为实现DNA信息存储奠定了基础。
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