[发明专利]一种基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法

权利要求书

1.一种基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将目标信息转换为二进制代码，并分割为若干等长的字段，每个所述字段对应一个数据单元，所述数据单元包含M个二进制数位；

(2)将每个所述字段的M个二进制数位上的1/0值映射为M条DNA编码链的有/无组合，得到DNA存储盘上所有所述数据单元需要添加的DNA编码链列表；

(3)根据所述DNA编码链列表将各所述DNA编码链以点样、喷墨或原位合成的方式固定在所述DNA存储盘表面的所述数据单元中，完成所述目标信息在所述DNA存储盘上的写入；

(4)DNA存储盘信息的读取，将所述DNA编码链与互补荧光探针进行杂交加密后，再进行荧光检测，以所述数据单元中各色荧光的有无来判断对应的所述DNA编码链的有无进行读取，由此得到所述DNA存储盘上所有所述数据单元中的DNA编码链组合列表，然后把所述DNA编码链组合列表还原为二进制代码，最后通过所述二进制代码还原得到所述目标信息；

步骤(4)中所述的DNA编码链与互补荧光探针进行杂交加密的方法，具体步骤如下：

a.每条DNA寡核苷酸加密探针正链均包含一个基本序列，所述基本序列与探针对应的DNA寡核苷酸编码链互补，所述基本序列的总数与所述DNA寡核苷酸编码链的总数一致，均为N；

b.在探针的基本序列5’末端连接一个荧光基团，且每个所述基本序列连接的荧光基团不同，所述荧光基团的总数与所述基本序列的总数一致，均为N；

c.在连接有荧光基团的基本序列的3’端连接一个限制性内切酶识别序列，然后在所述基本序列3’的末端连接一个荧光淬灭基团，得到加密荧光探针正链；

d.将所述加密荧光探针正链与互补的DNA负链等比例混合进行变性，并在变性后退火，得到双链加密荧光探针；

e.针对N种基本序列中的每一种，均制备H条加密荧光探针，所述H条加密荧光探针末端所带荧光基团相同，但每条探针的限制性内切酶识别序列各不相同，所有N×H条加密荧光探针共同构成探针库，由信息发送者保藏；

f.与加密荧光探针正链3’端限制性内切酶识别序列R₁-R_H对应的所有H种限制性内切酶构成内切酶库，由信息接收者保藏；

g.信息发送前，发送者从探针库中随机选取一组覆盖所有DNA编码链互补序列的N条探针，组内探针的基本序列各不相同，但包含的内切酶识别序列相同，记为Ri；

h.信息发送时，发送者将步骤g中选取的该组探针与写有信息的DNA存储盘实物递送至接收者，同时将密钥信息Ri信息通过另一安全途径告知接收者；所述的另一安全途径包括保密电话或密电码方式；

i.接收者在进行DNA存储信息杂交读取之前，需先通过密钥信息Ri从内切酶库中选取正确的限制性内切酶对加密探针进行酶切，去除荧光淬灭基团，从而激活荧光探针；用于后续读取存储信息所进行荧光检测。

2.根据权利要求1所述的基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，其特征在于：步骤(4)中所述的读取，具体为：接收者进行DNA存储信息杂交读取时，必须先将加密荧光探针激活，再与DNA存储盘上的编码链进行杂交，若使用未被激活的探针，则会因荧光淬灭基团的存在而得不到有效的荧光检测信号。

3.根据权利要求1所述的基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，其特征在于：步骤b中，可在探针的荧光基团与基本序列之间再添加一段限制性内切酶识别序列组合，所述限制性内切酶识别序列组合中的识别序列均与探针正链3’端的内切酶识别序列不同。

4.根据权利要求1所述的基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，其特征在于：步骤(1)中，所述M的取值范围为1-8之间的整数。

5.根据权利要求1所述的基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(3)中，所述DNA存储盘为一块表面固定有特定化学基团的硬质材料；所述硬质材料包括玻璃、硅片、塑料或者磁珠；所述特定化学基团包括氨基、醛基或者巯基。