[发明专利]一种基于双探针特异性分离的DNA杂交信息存储加密方法

说明书

本发明公开了一种基于双探针特异性分离的DNA存储加密方法，本发明包括一套带双荧光基团与限制性内切酶识别位点的DNA双探针链和限制性内切酶组合。其中，特定的限制性内切酶可将特定双探针链切开，将双探针分离。在DNA杂交存储信息读取过程中，如直接使用未经分离的双探针链，则因探针链上双荧光基团的存在而导致检测信号错误。该方法实施时，从双探针链组合中选取一组发给数据接收方，并通过另一保密途径将密钥(即正确的内切酶信息)发送。接收方在收到密钥后，方能对双探针链做正确处理而将探针分离，而错误处理将无法分离探针，甚至可能导致探针自毁。本发明实现了DNA存储技术硬加密，能有效提高安全性，促进该存储技术的应用。

技术领域

本发明属于DNA存储技术，具体涉及一种DNA信息杂交存储加密方法。

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。前期工作实现了DNA杂交存储技术的原理，而本发明则通过将不同颜色荧光探针两两相连和特异性切割分离的方式实现了DNA杂交存储技术的硬加密，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。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有DNA杂交存储技术尚未实现加密功能的问题，提供一种DNA杂交信息存储的加密方法，本发明通过将不同荧光探针两两相连成双探针链的方式分别对探针进行加密，而以特定内切酶酶切将双探针分离的方式对探针进行激活，实现了DNA杂交存储技术的一种硬加密方法。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。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双探针特异性分离的DNA杂交信息存储加密方法，包括：

1)将目标信息转换为二进制代码，并分割为众多等长的字段，每个字段对应一个数据单元，包含M个二进制数位；

2)将上述每个字段的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，由此得到DNA存储盘上所有数据单元需要添加的编码链列表；

3)依上述列表将各DNA编码链以点样、喷墨或原位合成的方式固定在DNA存储盘表面各数据单元中，即完成目标信息在DNA存储盘上的写入；

4)DNA存储盘信息的读取，是通过编码链与互补荧光探针的杂交实现；杂交后进行荧光检测，以各数据单元中各色荧光的有无来判断对应编码链的有无，由此得到存储盘上所有数据单元中的编码链组合列表，再进一步还原为二进制代码，并最终还原出目标信息；

5)本发明的加密环节在于加密双荧光探针的设计和运用，包含以下步骤：

a.每条DNA寡核苷酸双探针正链均包含一个分作两段(记为S1和S2)基本序列，两段分别与其对应的两个DNA寡核苷酸编码链互补，即每条双探针均对应两条编码链，而所有双探针基本序列的总数为编码链总数(记为2M)的一半(记为M)；

b.每条双探针链基本序列的两段(即S1和S2)之间由一段限制性内切酶识别序列(记为EN)连接，由此构成结构为5’-S1-EN-S2-3’的双探针正链；