[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

说明书

本发明公开了一种基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，属于DNA存储技术领域。所述的基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，包括一套带荧光基团、淬灭基团与限制性内切酶识别位点的DNA寡核苷酸探针组合和一套限制性内切酶组合；其中，特定的限制性内切酶可将特定探针的淬灭基团切除，从而将该探针激活；在DNA杂交存储信息读取的DNA杂交过程中，如果直接使用未经正确激活的探针，则由于淬灭基团的存在，使得杂交后无法得到有效的荧光检测信号，亦无法读取存储信息。本发明实现了DNA杂交信息存储技术的硬加密，能有效提高DNA杂交存储技术的安全性，促进该技术在军事、政务和商业加密存储领域中的应用。

技术领域

本发明属于DNA存储技术领域，特别涉及一种基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法。

背景技术

DNA存储技术是生命科学与信息科学交叉融合的结晶。DNA是漫长生物进化过程中选择的遗传物质，作为信息存储物质而言，DNA具有保存时间极长、存储信息容量极大，环境适应能力极强等特点，极具发展潜力。目前DNA存储领域的主流技术基于DNA合成与测序，该技术虽然信息密度高，但存在并行性差、读写时间长、加密性能低等弱点，限制了DNA存储技术的实际应用。为此，申请人团队在前期工作中开发了DNA杂交存储技术。该技术通过构建DNA寡核苷酸链组合，建立DNA编码链、解码链(荧光探针)组合与二进制信息的映射关系。在信息写入时，将DNA编码链组合固定在存储基片的数据单元阵列上，以数据单元中编码链的组合状态代表该数据单元存储的信息内容。在信息读取时，将存储盘上的DNA编码链与互补荧光标记探针杂交，再通过检测各数据单元杂交信号的状态，得到所有数据单元编码链的组合状态，并还原出存储信息。但是，现有的DNA杂交存储技术尚未实现加密功能，因此，如何有效阻止信息的自由扩散、提高信息安全，如何促进DNA存储技术的实际应用，仍然是一个亟待解决的问题。

发明内容

为解决目前技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，以解决现有DNA杂交存储技术尚未实现加密功能、信息安全性低的技术问题。本发明通过给荧光探针添加/去除淬灭基团的方式分别对探针进行封闭/解封，从而实现DNA杂交存储技术的硬加密。本发明能够有效阻止信息的自由扩散，提高信息安全，促进DNA存储技术的实际应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于探针封闭与解封的DNA杂交信息存储加密方法，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；