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专利名称：具有催化功能的寡核苷酸、核酸电子器件、逻辑门复合物及电路

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202310278419.2

专利申请（专利权）人：华中开云优惠体育网页版入口大学
权利人地址：湖北省武汉市硚口区宝丰街道华中开云优惠体育网页版入口大学同济医学院药学院二号楼302

专利发明（设计）人：吴曈勃,胡鱼强,李长江,胡明昊

专利摘要：本申请涉及具有催化功能的寡核苷酸技术领域，具体涉及具有催化功能的寡核苷酸、核酸电子器件、逻辑门复合物及电路。该具有催化功能的寡核苷酸可自组装形成催化功能的第一结构域及可被效应物进行能催化功能调节的第二结构域。该具有催化功能的寡核苷酸的构象改变会被效应物的存在和缺失所调节，从而允许具有催化功能的寡核苷酸活性的变构调控，以应对常见具有催化功能的寡核苷酸的变构后产生活性的衰减和难以处理的信号泄漏。

主权利要求：
1.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:1所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:1所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:1所示序列中的第17～103nt序列构成，其中，第30～88nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
2.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:2所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:2所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:2所示序列中的第17～89nt序列构成，其中，第30～74nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
3.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:3所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:3所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:3所示序列中的第17～82nt序列构成，其中，第30～67nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
4.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:4所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:4所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:4所示序列中的第17～74nt序列构成，其中，第30～59nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
5.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:5所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:5所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:5所示序列中的第17～70nt序列构成，其中，第30～55nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
6.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:6所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:6所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:6所示序列中的第17～67nt序列构成，其中，第30～52nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
7.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:7所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:7所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:7所示序列中的第17～65nt序列构成，其中，第30～50nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
8.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:8所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:8所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:8所示序列中的第17～60nt序列构成，其中，第30～45nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
9.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:9所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:9所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第11～19nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:9所示序列中的第17～55nt序列构成，其中，第30～40nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
10.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:10所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:10所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由3’→5’方向第12～20nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:10所示序列中的第17～58nt序列构成；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
11.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:11所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:11所示序列中由5’→3’方向第10～17nt的序列及由3’→5’方向第9～16nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:11所示序列中的第18～57nt序列构成；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
12.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:12所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:12所示序列中由5’→3’方向第9～17nt的序列及由3’→5’方向第9～16nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:12所示序列中的第18～45nt序列构成；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
13.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:13所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:13所示序列中由5’→3’方向第30～38nt的序列及由3’→5’方向第9～16nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:13所示序列中的第39～114nt序列构成，其中第52～99nt为“T”核苷酸；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
14.具有催化功能的寡核苷酸，所述寡核苷酸如SEQIDNO:14所示，所述寡核苷酸包括：第一序列，所述第一序列包括SEQIDNO:14所示序列中由5’→3’方向第9～17nt的序列及由3’→5’方向第9～16nt的序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域的两端分别形成一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；
连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及
连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域，所述第二序列由SEQIDNO:14所示序列中的第18～62nt序列构成；
其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。
15.根据权利要求1～14任一所述的寡核苷酸，其中，所述底物为核苷酸链，长度为不低于13nt。
16.根据权利要求15所述的寡核苷酸，所述底物的核苷酸链长度不低于15nt。
17.根据权利要求16所述的寡核苷酸，所述底物的核苷酸链长度不高于30nt。
18.根据权利要求1～14任一所述的寡核苷酸，其中，所述效应物选自寡核苷酸链、小分子化合物。
19.根据权利要求18所述的寡核苷酸，所述效应物为长度不低于13nt的寡核苷酸链。
20.根据权利要求19所述的寡核苷酸，所述效应物为长度不低于15nt的寡核苷酸链。
21.根据权利要求20所述的寡核苷酸，所述效应物为长度不高于30nt的寡核苷酸链。
22.根据权利要求18所述的寡核苷酸，所述效应物选自三磷酸腺苷、二磷酸腺苷、乙酰磷酸、1,3?二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸。
23.一种核酸电子器件，包括：
至少一个电极；
至少一个能够被催化产生可检测信号的生物传感器，所述生物传感器被修饰地连接在所述电极上，所述生物传感器负载有如权利要求1～14任一所述的具有催化功能的寡核苷酸。
24.根据权利要求23所述的核酸电子器件，其中，所述生物传感器还包括负载的荧光标记物，用于被如权利要求1～14任一所述的具有催化功能的寡核苷酸催化产生可检测信号。 说明书 : 具有催化功能的寡核苷酸、核酸电子器件、逻辑门复合物及
电路技术领域[0001] 本申请涉及具有催化功能的寡核苷酸技术领域，具体涉及具有催化功能的寡核苷酸、核酸电子器件、逻辑门复合物及电路。背景技术[0002] 经过数百万年的进化，各种生物细胞活动是通过复杂的分子机制网络来控制的，例如，在对各种刺激的反应中，细胞和生物体进化出了不同的机制，能够快速和精确地适应物理化学环境中细胞外和细胞内的变化。此种自然发生的机制大多依赖于变构作用的使用，这是自然界中普遍存在的一种策略，以调节生物分子的亲和性，并控制细胞的代谢和生命活动过程。变构生物分子通过经历特定的、结合诱导的构象变化，对其在变构位点的效应物作出反应，此种变构事件反过来又会触发特定的输出信号，如离子通道的打开或酶的激活。[0003] 具有催化功能的寡核苷酸是一种功能性的、能够催化磷酸二酯键裂解的催化DNA分子，能够催化具有类酶效率和选择性的特定化学反应，此外，具有催化功能的寡核苷酸的各种具有不同催化活性被报道：连接、磷酸化、去糖基化、与DNA和RNA底物的金属依赖水解，以及涉及非核酸底物的反应。催化核酸最吸引人的特点是，它们结合了酶(如催化活性和特异性)和核酸(如易于合成、高可编程性和低成本)的优点。特别是，DNA?DNA相互作用的可预测性使得通过不同方式控制具有催化功能的寡核苷酸的活性成为可能。活性变构调节是控制具有催化功能的寡核苷酸的有力途径。通常，具有催化功能的寡核苷酸被合理地设计为一个第二结构域，通过不同的效应物来控制催化活性，如短寡核苷酸序列，小分子和肽或蛋白质。[0004] 此种变构具有催化功能的寡核苷酸的催化核心或/和底物识别臂在空间上是分离的，可以被不同的效应物特异性恢复，从而激活具有催化功能的寡核苷酸的活性。例如，2+Nakama的研究小组通过结合人工羟基嘧啶酮配体型核苷酸(H)开发了Cu 响应性变构具有2+ 2+催化功能的寡核苷酸，该核苷酸形成Cu 介导的碱基对(H?Cu ?H)。此外，Zheng和同事建立了一种通过抑制剂或触发链实现的具有催化功能的寡核苷酸变构调控策略。然而，考虑到具有催化功能的寡核苷酸的二级分子结构在一定程度上受到此种第二结构域的干扰，复杂的变构策略总是不可避免地受到信号衰减或/和刺激信号泄漏的影响。然后，化学修饰的具有催化功能的寡核苷酸作为一种有效的刺激响应分子装置出现，可用于调节具有催化功能的寡核苷酸的活性。在典型的化学修饰的具有催化功能的寡核苷酸体系中，具有催化功能的寡核苷酸的保守催化核心被光活性或化学活性基团修饰具有催化功能的寡核苷酸系统。由于催化核心上的修饰基团可以完全灭活具有催化功能的寡核苷酸并容易分离，因此此种化学修饰的具有催化功能的寡核苷酸不受信号衰减或泄漏的影响。然而，由于一些底物或者效应物能够能够去除修饰基团，使得修饰后具有催化功能的寡核苷酸的效应物和/或底物的范围受到了修饰的限制。另外，现有的调节具有催化功能的寡核苷酸活性的方法很少能在不同效应物的情况下不引起严重的活性衰减和信号泄漏。发明内容[0005] 在此，本申请发明人通过巧妙地在催化核心外引入一个第二结构域来开发一种能够被多种效应物响应而进行变构的具有催化功能的寡核苷酸，得益于其第二结构域的存在使得其酶促反应能够被效应灵活调整，为其广泛应用提供技术基础。与其他将第二结构域放置在保守催化核心内的变构方法不同，本申请实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸具有两个环状序列(第一序列和第二序列)，第一序列用于提供催化功能，第二序列提供变构功能。第一序列形成具有催化功能的环状的第一结构域，第二序列形成具有捕捉效应物的第二结构域，使得环状结构的第二结构域被排列在保守的催化核心(第一结构域)之外，而不是在催化核心内部(图1)。[0006] 第二结构域在空间上与催化核心分离，从而使具有催化功能的寡核苷酸失活。同时，第二结构域可以被设计来响应不同的效应物。在所述第一序列催化作用下，效应物可结合至所述第二序列形成的第二结构域上，以使得所述第一缺口由开放转变为封闭状态。也即，在效应物存在的情况下，效应结合介导的催化核心组装诱导具有催化功能的寡核苷酸构象从开放结构到封闭结构，促进具有催化功能的寡核苷酸的活性从非活性状态到活性状态。因此，本申请实施例提供具有催化功能的寡核苷酸的构象改变会被效应物的存在和缺失所调节，从而允许具有催化功能的寡核苷酸活性的变构调控(图1)，以应对常见具有催化功能的寡核苷酸的变构后产生活性的衰减和难以处理的信号泄漏。由本申请实施例可知，与正如预期的那样，通过不同的效应物(例如可以通过短的寡核苷酸序列和小分子)极易恢复具有催化功能的寡核苷酸的活性。[0007] 此外，多功能变构材料的卓越性能该策略保证了创新的变构共调节纳米器件的成功实施。该智能的具有催化功能的寡核苷酸可以促进高效分子计算系统的发展。基于上述具有催化功能的寡核苷酸，本申请实施例还构建了四个基本的DNA逻辑门，即OR门、AND门、XOR门和INHIBIT门。同时，通过连接基本的逻辑门，建立了双层DNA逻辑电路。此外，通过集成XOR门和OR门或INHIBIT门，生成了两个复杂的基于DNA的逻辑电路，即半加法电路和半减法电路来实现基于核酸的算术函数电路。[0008] 本申请实施例提供具有催化功能的寡核苷酸能够被不同种类的效应物进行变构协同调节，还能够用于制作成功逻辑门复合物和核酸电子器件和核酸电路。此种前所未有的刺激响应型具有催化功能的寡核苷酸促进了基于具有催化功能的寡核苷酸的应用和发展，并更有吸引力地扩展到建立各种分子计算系统、生物传感平台和基因沉默工具。[0009] 基于此，本申请实施例至少公共了以下技术方案：[0010] (1)本申请实施例公开了一种具有催化功能的寡核苷酸，包括：[0011] 第一序列，所述第一序列自组装成一环状的第一结构域，所述第一结构域具有一个可开放或封闭的第一缺口和可开放或封闭的第二缺口；[0012] 连接在所述第一缺口两侧的两个杂交臂；以及[0013] 连接于所述第二缺口的第二序列，所述第二序列自组装成一环状的第二结构域；[0014] 其中，当效应物与所述第二结构域结合时，介导所述第一缺口处于封闭状态，以提供所述第一结构域与底物的催化结合；所述第二缺口在所述效应物结合至所述第二结构域后由开放转变为封闭状态。[0015] (2)本申请实施例公开了一种核酸电子器件，包括：[0016] 至少一个电极；[0017] 至少一个能够被催化产生可检测信号的生物传感器，所述生物传感器被修饰地连接在所述电极上，所述生物传感器负载有第(1)方面所述的具有催化功能的寡核苷酸。[0018] (3)本申请实施例公开了一种核酸逻辑门复合物，其包含：[0019] 第(1)方面所述的具有催化功能的寡核苷酸；[0020] 底物，所述底物为具有被所述具有催化功能的寡核苷酸结合部位以及可被催化切割而产生荧光的荧光基团的核酸分子；以及[0021] 提供所述具体催化功能的寡核苷酸和所述底物发生催化反应所需环境的元件或器件，所述元件或器件为固定化所述具体催化功能的寡核苷酸和所述底物的材料、或容纳所述具体催化功能的寡核苷酸和所述底物的容器；[0022] 其中，所述逻辑门复合物提供将输入核酸导入发生催化反应并形成输出核酸和产生具有逻辑编程的荧光信号。[0023] (4)本申请实施例公开了一种核酸分子级联逻辑门电路，包括：[0024] 至少两个相互连接的第(3)方面所述的核酸逻辑门复合物，其中一个逻辑门的输出核酸作为另一个逻辑门的输入核酸。[0025] (5)本申请实施例公开了一种核酸分子半加法电路，通过第(3)方面中所述的“XOR”门复合物和“AND”门复合物构建，该核酸半加法电路以两条输入核酸实现二进制整数加法运算；[0026] 其中，所述“XOR”门复合物实现“SUM”运算位，所述“XOR”门复合物中包含的具有催化功能的核酸和底物序列依次如SEQIDNO.14所示和SEQIDNO.57所示；[0027] 所述“AND”门复合物实现“CARRY”运算位，所述“AND”门复合物中包含的具有催化功能的核酸和底物序列依次如SEQIDNO.1所示和SEQIDNO.17所示。[0028] (6)本申请实施例公开了一核酸分子半减法电路，通过第(3)方面所述的“XOR”门复合物和“INHIBIT”门复合物构建，该核酸半加法电路以两条核酸分子作为输入，以实现二进制整数减法运算；[0029] 其中，所述“XOR”门复合物实现“DIFFERENCE”运算位，所述“XOR”门复合物中包含的具有催化功能的核酸和底物序列依次如SEQIDNO.14所示和SEQIDNO.59所示；[0030] 所述“INHIBIT”门复合物实现“BORROW”运算位，所述“INHIBIT”门复合物中包含的具有催化功能的核酸和底物序列依次如SEQIDNO.5所示和SEQIDNO.17所示。附图说明[0031] 图1为本申请实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸的结构示意图及被效应物进行活性调整的原理图。[0032] 图2为本申请实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸被效应物(核酸)调节的荧光信号图。[0033] 图3为本申请实施例提供的ANAzyme被不同长度的效应链调节；A为原理图，B为不同长度的效应链与ANAzyme活性关系，C为荧光信号结果。[0034] 图4为本申请实施例提供的ANAzyme具有不同长度间隔区的效应链调节；A为原理图，B为具有不同长度间隔区与ANAzyme活性关系，C为荧光信号结果。[0035] 图5为本申请实施例提供的具有不同第二结构域腔大小的ANAzyme的活性调节；A为原理图，B为具有不同第二结构域腔大小与ANAzyme活性关系，C为荧光信号结果。[0036] 图6为本申请实施例提供的携带有适配序列(202)的ANAzyme被ATP调节活性；A为携带有适配序列(202)的ANAzyme结构示意图，B为该ANAzyme被ATP调节活性的原理图，C为荧光信号结果。[0037] 图7为本申请实施例提供的携带有阻断序列(203)的ANAzyme被阻断链调节活性；A为携带有阻断序列(203)的ANAzyme结构示意图，B为该ANAzyme被阻断链调节活性的原理图，C为荧光信号结果。[0038] 图8为本申请实施例提供的携带有适配序列(202)的ANAzyme被ATP和miRNA?155调节活性；A为该ANAzyme被ATP和miRNA?155调节活性的原理图，B为荧光信号结果。[0039] 图9为本申请实施例提供的“OR”门复合物原理图(A)和荧光信号图(B)。[0040] 图10为本申请实施例提供的“AND”门复合物原理图(A)和荧光信号图(B)。[0041] 图11为本申请实施例提供的“XOR”门复合物(上)和“INHIBT”门复合物(下)原理图。[0042] 图12为本申请实施例提供的“XOR”门复合物(D)和“INHIBT”门复合物(E)检测的荧光信号图。[0043] 图13为本申请对比例提供的splitDNAzyme组成的“XOR”门复合物的原理图(a)和检测的荧光信号图(b)。[0044] 图14为本申请实施例提供的两级核酸分子级联电路示意图。[0045] 图15为本申请实施例提供的两级核酸分子级联电路的检测荧光信号图。[0046] 图16为本申请实施例提供的核酸分子半加法电路示意图(A)及检测荧光信号图(B)。[0047] 图17为本申请实施例提供的核酸分子半减法电路示意图(A)及检测荧光信号图(B)。[0048] 图18为本申请实施例提供的核苷酸序列为SEQIDNO.1～9的ANAzyme的二级结构示意图。[0049] 图19为本申请实施例提供的核苷酸序列为SEQIDNO.10的ANAzyme的二级结构示意图。[0050] 图20为本申请实施例提供的核苷酸序列为SEQIDNO.11的ANAzyme的二级结构示意图。[0051] 图21为本申请实施例提供的核苷酸序列为SEQIDNO.12的ANAzyme的二级结构示意图。[0052] 图22为本申请实施例提供的核苷酸序列为SEQIDNO.13的ANAzyme的二级结构示意图。[0053] 图23为本申请实施例提供的核苷酸序列为SEQIDNO.14的ANAzyme的二级结构示意图。具体实施方式[0054] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本申请中未详细单独说明的试剂均为常规试剂，均可从商业途径获得；未详细特别说明的方法均为常规实验方法，可从现有技术中获知。[0055] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不对其后的技术特征起到实质的限定作用。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于此种过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0056] 术语[0057] 术语“具有催化功能的寡核苷酸”分子能够具有可赋予酶促或催化活性的二级结构构型。体外演化技术已经促进了这种催化核酸的发现和开发，这种催化核酸通常被称为“DNA酶”、“核酶”、“DNAzyme”、“RNAzyme”、“ANAzyme”、“脱氧核酶”或“RNA酶”，亦可以与术语“催化核酸分子”、“催化核酸”、“核酸酶”和“催化核酸序列”在此可互换使用，或上述的组合，能够催化各种类型的反应，是可以识别底物并催化所述底物的修饰的DNA之间杂交、RNA之间杂交、或DNA与RNA之间杂交分子，包括核酸酶切(Carmietal.,1996；RaillardandJoyce，1996；Breaker，1997；SantoroandJoyce，1998)、核酸的连接(CuenoudandSzostak.,1995)、卟啉金属化(LiandSen，1996)，以及形成碳碳键(Tarasowetal.,1997)、酯键(Illangasekareetal.,1995)或酰胺键(LohseandSzostak,1996)。所述“具有催化功能的寡核苷酸”中的核苷酸残基可以包括碱基A、C、G、T和U，及其衍生物和类似物。[0058] 具体地，已经表征出在通过WatsonCrick碱基配对杂交之后特异性酶切不同核酸序列的DNA酶和核酶。DNA酶能够酶切RNA(BreakerandJoyce,1994；SantoroandJoyce，1997)或DNA(Carmietal.,1996)分子。催化RNA分子的核酶能够酶切RNA(HaseloffandGerlach，1988)和DNA(RaillardandJoyce.,1996)两种序列。大多数核酸酶的催化酶切速率取决于2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+二价金属离子如Ba 、Sr 、Mg 、Ca 、Ni 、Co 、Mn 、Zn 和Pb (SantoroandJoyce，1998；Brownetal.，2003)的存在和浓度。[0059] 催化核酸如锤头核酶、10?23DNA酶和8?17DNA酶具有多个结构域。它们具有保守的催化结构域(催化核，本文称“第一结构域”)，其侧邻有两个非保守的底物结合结构域(本文称“杂交臂”)，即与所述底物特异结合的序列区域。Haseloff和Gerlach工程化了锤头核酶，其以将两个保守结构域合在一起形成催化核的茎环结构而命名(HaseloffheandGerlach,1988)。所述“10?23”和“8?17”DNA酶能够在特定的磷酸二酯键处酶切核酸底物(SantoroandJoyce，1997)。所述10?23DNA酶具有15个脱氧核苷酸的第一结构域，以及与所述第一结构域侧邻两个底物识别的杂交臂。所述8?17DNA酶具有14个脱氧核苷酸的第一结构域，以及所述第一结构域也侧邻两个底物识别的杂交臂。[0060] 催化核酸能够酶切具有满足最低要求地效应物序列的核酸底物。所述底物序列必须与所述催化核酸的所述杂交臂基本上互补，并且所述底物在酶切位点必须含有特定序列。酶切位点处特定的序列要求包括，例如由所述10?23DNA酶酶切的嘌呤:嘧啶核苷酸序列(SantoroandJoyce，1997)以及由所述锤头核酶切的序列尿苷：X(Perrimanetal.，1992)，其中X能够是A、C、或U，但不能是G。[0061] 已经证实具有催化功能的寡核苷酸(DNA酶)的序列的实例列于表1中。表1中，N＝A、C、T、G或任何类似物；N＝与N互补的任何核苷酸；(N)x或(N’)x＝任何数目的核苷酸；W＝A或T；K＝A、G或AA；rN＝任何核苷酸碱基；(rN)x＝任何数目的核苷酸；rR＝A或G；rY＝C或U；M＝A或C；H＝A、C或T；D＝G、A或T。[0062] 表1：某些活性DNA酶及其底物的代表性序列[0063] DNA酶类型 DNA酶序列 底物序列8:17 (N)xTNNNAGCNNNWCGK(N)x (N’)x(rN)xG(N')x10:23 (N)xGGMTMGHNDNNNMGD(N)x (N’)xrRrY(N’)x[0064] 术语“多核苷酸”、“核酸”和“寡核苷酸”可以互换地使用并涉及下列物质的单链或双链聚合体：脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸碱基或其类似物、衍生物、变体、片段或组合，包括但不限于DNA、甲基化DNA、烷基化DNA、RNA、甲基化RNA、微小RNA、短干扰RNA、短发夹RNA、信使RNA、转运RNA、核仁小分子RNA、小型临时RNA、调节性小RNA、前体微小RNA和初始微小RNA、其它非编码RNA、核糖体RNA，其衍生物、其扩增子或上述的任意组合。以非限制性实例的方式，所述核酸的来源可以选自合成、哺乳动物、人类、动物、植物、真菌、细菌、病毒、古细菌或上述的任意组合。除非另有说明，术语“多核苷酸”、“核酸”和“寡核苷酸”包括任何所指定的序列以及与其互补的序列。[0065] 当术语“片段”用于核酸时，是指所述核酸的组成部分。通常所述片段具有与所述核酸一致的定性的生物学活性，但不一定总是这种情况。核酸片段不一定需要编码保留生物学活性的多肽。更确切地说，核酸片段可以，例如，用作杂交探针或PCR寡核苷酸。所述片段可以衍生自本发明的核酸或者可以通过某些其它手段合成，例如化学合成。[0066] 在此使用的术语“高度互补性”是指两个核酸可以杂交的条件，并且可以包括例如溶液中盐和/或洗涤剂的浓度、在两个核酸杂交期间使用的溶液的温度和杂交的时间。因此，在此使用的术语“高度互补性”是指有益于两个核酸杂交的溶液条件，只有在该条件下所述核酸才具有高度的互补性。所述互补性的程度可以包括但不限于约55％到99％的范围。因此，“高度互补性”条件可以包括但不限于，使用变动的温度和包含各种浓度的洗涤剂、盐和二价阳离子的缓冲液。[0067] 术语“ANAzyme”属于“具有催化功能的寡核苷酸”范畴，是指将一般的具有催化功能的“DNA酶”、“核酶”、“DNAzyme”、“RNAzyme”、“脱氧核酶”或“RNA酶”，或“催化核酸分子”、“催化核酸”、“核酸酶”和“催化核酸序列”的在催化核心外引入一个第二结构域，利用该第二结构域(第二结构域)响应不同的“效应物”以实现对其催化功能的可逆性的调控，如暂时性的失活。[0068] 术语“底物”、“底物分子”和“化学底物”包括能够被催化分子识别、作用或化学修饰的任何分子。在具体实施例中，“底物”可以被“具有催化功能的寡核苷酸”识别并修饰。特定的“具有催化功能的寡核苷酸”可以识别一个或多个不同的底物分子，条件是每一底物分子具有催化活性可被催化分子识别的至少最小结构。[0069] 在此使用的“开云优惠体育网页版入口底物”、“开云优惠体育网页版入口探针”或“开云优惠体育网页版入口探针底物”是特别适合于促进检测底物的消失或与催化反应相关产物的出现的底物。开云优惠体育网页版入口底物可以在溶液中游离或结合(或“附着”)于例如表面或另一分子。开云优惠体育网页版入口底物能够通过许多种手段中的任何手段进行标记，包括，例如，荧光基团(含有一种或多种另外的组分，如淬灭基团)、放射标记物、生物素标记(例如生物素化)或化学发光标记物。催化核酸的开云优惠体育网页版入口底物还可以包括蛋白或核酸酶，例如共价地连接到它们的末端上的蛋白或核酸酶。[0070] 术语“通用性”或“普遍性”底物是被“具有催化功能的寡核苷酸”识别并对其起催化作用的底物，例如开云优惠体育网页版入口底物。此种底物可促进开发结构上相关的ANAzyme检测、鉴定或定量许多种效应物的不同分析，所有所述ANAzyme识别普遍性底物。此种普遍性底物每一个能够独立地用一种或多种标记物标记。在优选实施例中，使用可独立检测的标记物标记一种或多种一般底物以便为用ANAzyme独立地或同时检测多种效应物创造方便的系统。[0071] 术语“效应物”是指可以促进、抑制或调节“具有催化功能的寡核苷酸”自组装形成具有催化活性的元件或器件。文中“效应链”也应指“效应物”，具体为“效应物”的核酸分子形式。某些实施例中的“效应物”包含诸如核酸或非核酸的效应物。“效应物”可以包含可以与一种或多种寡核苷酸“具有催化功能的寡核苷酸”配对或结合的一个或多个区域或分子。不要求“效应物”与每一组分部件酶或寡核苷酸相互作用、配对或结合，条件是它与ANAzyme的组分部件酶中的至少之一相互作用、配对或结合。如在此使用的那样，意欲使“效应物”包括能够促进ANAzyme的自组装的最广范围的组分。在某些实施例中，“效应物”可以包含核酸和小分子化合物的部分或组合。[0072] 在此使用的术语“效应物”包括通过特定ANAzyme检测、鉴定或定量的任何天然或合成的元件或器件、组分或分析物。“效应物”因此包括最广范围的可检测元件或器件、组分或分析物，为此需要灵敏的检测、鉴定和/或定量方法。[0073] 在一些实施例中，“效应物”还可以包含适配体和阻断剂的部分或者组合。[0074] 术语“适配体”可以包含能够识别一个或多个配体的结构。例如，所述识别可以由于所述适配体的较高水平结构如三维结合结构域或口袋而具有高度特异性。“适配体”在此可以包括短的单链DNA或RNA低聚体，所述低聚体能够通过吸附、回收和再扩增的反复过程从合成核酸的复合物库中分离出来。因此，几乎对任何效应物都能产生适配体，所述效应物包括“适配体”，可以是从小分子ATP或者核酸分子。与“适配体”相杂交匹配的序列称之为“适配序列”，某些实施例提供你的ANAzyme中包含有“适配序列”。[0075] 术语“阻断剂”可以是具有与具有催化功能的寡核苷酸杂交并起到对该具有催化功能的寡核苷酸参与其他反应(如PCR扩增反应，酶切反应等)的抑制作用的核酸，也可以一些小分子化合物。在一些实施例中，阻断剂可以是具有阻断功能的寡核苷酸链，简称为“阻断链”，“阻断链”可以一个或多个包括在目标核酸中。一个或多个“阻断链”优选是目标核酸的一部分，例如它/它们中断多核苷酸序列。在目标核酸中具有任意数量的“阻断链”，如1个，2个，3个，4个，5个，6个，7个，8个，9个，10个或更多个“阻断链”。优选在目标核酸中具有2个，4个或6个“阻断链”。目标核酸的不同区域中可具有“阻断链”，例如前导序列中的“阻断链”和发卡环中的“阻断链”。一个或多个“阻断链”各提供了目标核酸参与其他反应的能量障碍，在一个实施例中，一个或多个“阻断链”提供目标核酸参与一个或解旋酶的结合能量障碍，而所述一个或多个解旋酶在产生酶活过程中不能克服该能量障碍。所述一个或多个“阻断链”可通过减少解旋酶的牵拉(例如通过除去目标核酸中的核苷酸的碱基)或物理性地阻断一个或多个解旋酶的移动(例如利用庞大的化学基团)来停滞一个或多个解旋酶。在一些实施例中，所述一个或多个“阻断链”可包括停滞一个或多个“ANAzyme”与其“效应物”的结合。[0076] 术语“级联”是指在连续阶段中发生的任何连续的过程或操作，在所述连续阶段中每一阶段的发生通常依赖于前一阶段的发生。级联可以因此包括但不限于酶促级联或其它信号转导级联。在某些实施例中，级联可以包括扩增因ANAzyme的催化活性而产生的信号。在优选实施例中，这样的扩增级联可以包括反复并因此而循环的信号扩增，其中第一ANAzyme的催化活性使得第二ANAzyme的催化活性所需要的分子可获得。在某些实施例中，所述所需要的分子可以包含部件酶、酶、效应物、底物其部分或片段或上述的组合。在某些实施例中，级联可以因此包括制造累积效应，从而通过将信号产生至可以检测的水平来检测低丰度效应物。在其它实施例中，可以使用多于两个的催化阶段。所述级联可以是线性的。在一个优选实施例中，所述级联可以是指数的。[0077] 应当理解，在此提供的附图和实施例是用于举例说明而不是限制本申请及其各种实施例。[0078] 根据本申请实施例提供检测、鉴定和/或定量效应物的具有催化功能的寡核苷酸、核酸电子器件、逻辑门复合物、逻辑门电路及应用。本申请发明人通过巧妙地在催化核心外引入一个第二结构域来开发一种多功能的效应响应性变构的具有催化功能的寡核苷酸。与其他将第二结构域放置在保守催化核心内的变构方法不同，本申请实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸具有两个可形成环状结构域的序列(第一序列和第二序列)，第一序列用于提供催化功能，第二序列提供变构功能。第一序列形成具有催化功能的环状的第一结构域，第二序列形成具有捕捉效应物的第二结构域，使得环状结构的第二结构域被排列在保守的催化核心(第一结构域)之外，而不是在催化核心内部(图1)。[0079] 第二结构域在空间上与催化核心分离，从而使具有催化功能的寡核苷酸失活。同时，第二结构域可以被设计来响应不同的效应物。在所述第一序列催化作用下，效应物可结合至第二序列形成的第二结构域上，以使得所述第一缺口由开放转变为封闭状态。也即，在效应物存在的情况下，效应结合介导的催化核心组装诱导具有催化功能的寡核苷酸构象从开放结构到封闭结构，促进具有催化功能的寡核苷酸的活性从非活性状态到活性状态。因此，本申请实施例提供具有催化功能的寡核苷酸的构象改变会被效应物的存在或缺失所调节，从而允许具有催化功能的寡核苷酸活性的变构调控(图1)，以应对常见具有催化功能的寡核苷酸的变构后产生活性的衰减和难以处理的信号泄漏。由本申请实施例可知，与正如预期的那样，通过不同的效应物(例如可以通过短的寡核苷酸序列和小分子)极易恢复具有催化功能的寡核苷酸的活性。[0080] 基于上述具有催化功能的寡核苷酸，本申请实施例还构建了四个基本的DNA逻辑门，即“OR”门、“AND”门、“XOR”门和“INHIBIT”门。同时，通过连接基本的逻辑门，建立了双层DNA逻辑电路、半加法电路和半减法电路，从而用于构建核酸检测的逻辑电路。[0081] 具有催化功能的寡核苷酸[0082] 如图1所示，本申请实施例公开了一种具有催化功能的寡核苷酸，包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100自组装成一环状的第一结构域101，第一结构域101具有一个可开放或封闭的第一缺口102和可开放或封闭的第二缺口103。两个杂交臂300分别连接第一缺口102的两侧。第二序列200连接于第二缺口103，第二序列200自组装成一环状的第二结构域201。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0083] 在一个实施例中，采用5‘端有荧光团(例如FAM)和3’端有猝灭剂(例如BHQ?1)的底物链，实时监测此种具有催化功能的寡核苷酸的活性。ANAzyme和效应链在反应缓冲液(250mMTris?HCl，2M氯化钠)中退火(从85℃到25℃，1.0℃/min)。通过底物链和辅助因子2+Mg 来启动RNA裂解反应。使用Rotor?GeneQ实时荧光定量PCR仪(QIAGEN，Hilden，德国)在37℃下立即测量荧光强度。各组分的最终浓度为：[ANAzyme]＝100nM，[效应链]＝100nM，2+ 2+[底物链]＝200nM，[Mg ]＝50mM。当具有催化功能的寡核苷酸被激活时，在Mg 存在的情况下，荧光信号将在裂解过程中继续增加。因此，荧光增加的速率可以反映该具有催化功能的寡核苷酸的活性。与预期的那样，以寡核苷酸链作为典型的效应物，该具有催化功能的寡核苷酸(ANAzyme，图2蓝色曲线)的活性与原始DNAzyme(图2红色曲线)没有显著差异。相反，在没有效应物的情况下，ANAzyme没有表现出催化活性(图2中的绿色曲线)。图2中的ANAzyme、底物及效应物的核酸序列如表2所示。[0084] 表2[0085][0086] 在一些实施方式中，提供的具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.1～14任一所示，其中任一具有如SEQIDNO.1～14任一所示的核酸分子能够自组装形成如图1中所示的第一结构域和第二结构域，第一结构域提供催化中心，第二结构域提供对其催化活性的变构调节功能。[0087] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.1所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.1所示序列中的第17～103nt序列构成，其中，第30～88nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0088] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.2所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.2所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.2所示序列中的第17～89nt序列构成，其中，第30～74nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0089] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.3所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.3所示序列中由5'→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5'→3’方向第10～16nt的序列及由第3'→5'方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.3所示序列中的第17～82nt序列构成，其中，第30～67nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0090] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.4所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.4所示序列中由5'→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5'→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.4所示序列中的第17～74nt序列构成，其中，第30～59nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0091] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.5所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.5所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.5所示序列中的第17～70nt序列构成，其中，第30～55nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0092] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.6所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.6所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.6所示序列中的第17～67nt序列构成，其中，第30～52nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0093] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.7所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.7所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.7所示序列中的第17～65nt序列构成，其中，第30～50nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0094] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.8所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.8所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.8所示序列中的第17～60nt序列构成，其中，第30～45nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0095] 在一些实施例中，如图18所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.9所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.9所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～19nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.9所示序列中的第17～55nt序列构成，其中，第30～40nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0096] 在一些实施例中，如图19所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.10所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.10所示序列中由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第12～20nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～16nt的序列及由第3’→5’方向第11～20nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.10所示序列中的第17～57nt序列构成。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0097] 在一些实施例中，如图20所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.11所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.11所示序列中由5’→3’方向第10～17nt的序列及由第3’→5’方向第9～16nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第10～17nt的序列及由第3’→5’方向第9～16nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.11所示序列中的第18～57nt序列构成。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0098] 在一些实施例中，如图21所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.12所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.12所示序列中由5’→3’方向第9～17nt的序列及由第3’→5’方向第9～16nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第9～17nt的序列及由第3'→5’方向第9～16nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.12所示序列中的第18～62nt序列构成。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0099] 在一些实施例中，如图22所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.13所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.13所示序列中由5’→3’方向第30～38nt的序列及由第3’→5’方向第9～16nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第30～38nt的序列及由第3'→5’方向第9～16nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.13所示序列中的第39～114nt序列构成，其中第52～99nt为“T”核苷酸。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0100] 在一些实施例中，如图23所示，该具有催化功能的寡核苷酸的核苷酸序列如SEQIDNO.14所示，其包括一第一序列100、一第二序列200和两个杂交臂300。其中，第一序列100包括SEQIDNO.14所示序列中由5’→3’方向第9～17nt的序列及由第3’→5’方向第9～16nt的序列，第一结构域101由5’→3’方向第9～17nt的序列及由第3’→5’方向第9～16nt的序列自组装成一环状，第一结构域101的两端形成第一缺口102和第二缺口103。第二序列102为SEQIDNO.14所示序列中的第18～62nt序列构成。当效应物与第二结构域201结合时，介导第一缺口102处于封闭状态，以提供第一结构域101与底物的催化结合。[0101] 在本申请的实施例中，第一结构域101提供催化功能，第二结构域201提供变构功能，二者均自组装成环状结构，第二结构域201被排列在具有催化功能的保守第一结构域101之外。如此使得二个结构域能够在三维空间上独立，但是在第二结构域201被效应物结合后，其能够发生结构改变。例如，效应物为一寡核苷酸链，效应物与第二结构域201杂交成双链结构，使得其形成的环状结构发生变化从而将第二缺口103转变为封闭状态，以此完成第一结构域101的自组装成一个完整的环状催化中心，而便于与底物结合发挥其催化功能。当第二结构域201没有结合效应物，或者结合了一些阻断剂，其能够使得第二缺口103始终保持为开放状态，从而导致第一结构域101不能自组装成一完整的环状结构，以暂时丧失其催化功能而不能结合底物。如此，本实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸，能够在效应物的调控下，促使其催化功能被抑制或者激活，实现对其催化功能的调控作用，并且这种调控作用不仅可逆，可以还由于效应物的不同还能实现多功能调控，为其作为核酸电子器件、生物传感器、核酸逻辑门复合物、生物电路、分子计算工具等应用提供广泛了技术基础。[0102] 在本申请中，术语“开放”和“封闭”是相对的，如图1所示，在第一结构域101和/或第二结构域201在微观三维上大致成一环状结构时，其“封闭”状态为第一缺口102或第二缺口103关闭，具体可由对应位置的碱基形成氢键或者其他可逆性作用力驱使形成；其“开放”状态为第一缺口102或第二缺口103关闭，具体可由对应位置的碱基形成氢键或者其他可逆性作用力的解除形成。[0103] 在本申请实施例中，第二缺口103在效应物结合至第二结构域后，第一缺口102和第二缺口103均由开放转变为封闭状态，从而形成环状的第一结构域和环状的第二结构域，如图1中的紫色核酸链(效应物)。[0104] 以寡核苷酸链作为效应物为例，如图3A和3B，不同长度效应物与ANAzyme结合的活性变化，尤其是与ANAzyme结合的第二结构域长度。一系列不同长度的效应物被应用于与ANAzyme结合。对于长度超过15个核苷酸的链，ANAzyme的活性基本保持不变。然而，一旦链长度太短，无法与第二结构域(<13个核苷酸)结合，ANAzyme的RNA切割能力就会大大丧失(图3C)。核苷酸数量从15个到13个的变化引起了ANAzyme活性的显著降低。涉及的不同长度效应链、底物及ANAzyme序列如表3所示。[0105] 表3不同长度效应链、底物及ANAzyme[0106]29nt效应链 acaaggaggagcgcctgtcttaccgtagc,SEQ ID NO.1821nt效应链 ggaggagcgcctgtcttaccg,SEQ ID NO.1916nt效应链 aggagcgcctgtctta,SEQ ID NO.2015nt效应链 ggagcgcctgtctta,SEQ ID NO.2114nt效应链 ggagcgcctgtctt,SEQ ID NO.2213nt效应链 gagcgcctgtctt,SEQ ID NO.2312nt效应链 gagcgcctgtct,SEQ ID NO.2411nt效应链 agcgcctgtct,SEQ ID NO.25ANAzyme SEQ ID NO.1底物 SEQ ID NO.17[0107] 在一些实施例中，通过在效应链中添加不同长度的间隔区(104，图4A)，以调节ANAzyme的催化活性，间隔区104的位置正位于第二缺口103位置。对应不同长度的间隔区104，如图4B和图4C，令本领域技术人员惊讶的是，额外引入的间隔区直接灭活了ANAzyme，即使该区域只存在一个核苷酸(图4C)。这些结果确实表明，ANAzyme催化活性的精细调节很难通过改变效应链的长度来实现。这些结果进一步证实了多组分DNAzyme(MNAzyme)(Mokany,E.；Bone,S.M.；Young,P.E.；Doan,T.B.；Todd,A.V.,MNAzymes,aVersatileNewClassofNucleicAcidEnzymesThatCanFunctionasBiosensorsandMolecularSwitches.JournaloftheAmericanChemicalSociety2010,132(3),1051?1059.)，不足以精细调节DNAzyme的活性。图4中涉及的ANAzyme、底物序列及效应物序列如表4所示。[0108] 表4具有不同长度的间隔区的效应链、底物及ANAzyme[0109] 0nt间隔区的效应链 SEQ ID NO.181nt间隔区的效应链 acaaggaggagcgctctgtcttaccgtagc,SEQ ID NO.26，下划线为间隔区2nt间隔区的效应链 acaaggaggagcgcttctgtcttaccgtagc,SEQ ID NO.27，下划线为间隔区4nt间隔区的效应链 acaaggaggagcgcttttctgtcttaccgtagc,SEQ ID NO.28，下划线为间隔区8nt间隔区的效应链 acaaggaggagcgcttttttttctgtcttaccgtagc,SEQ ID NO.29，下划线为间隔区ANAzyme SEQ ID NO.1底物 SEQ ID NO.17[0110] 除了调节效应链的长度外，本申请实施例还通过改变第二结构域的腔大小来精确调整ANAzyme的活性。第二结构域的环张力及其与效应物形成的双链的刚性对作为催化核心的第一结构域的封闭结构具有重要影响。在一些实施例中，如图5A和图5B所示，合成得到了具有不同微观腔大小的该第二结构域201的ANAzyme，并且使用不同长度的效应物对其活性进行调节。其中，第二结构域201的微观腔长度不低于35nt，可选地不低于30nt，可选地不高于90nt。如图5C所示，在第二序列200自组装成第二结构域201时，其在微观上大致成环状结构，对于其形成的环状微观腔(如图5A)是指该环的最大长度。并且随着该环状微观腔腔径的减少，ANAzyme的活性逐渐降低，且其活性降低并不会随效应物中由1到2个核苷酸引起的活性突然下降。也即，这些实施例中，通过形成尺寸大小合适的微观腔，能够利用效应物精细地调节ANAzyme的催化活性。如此，根据第二结构域201的微观腔大小能够适于不同分子大小的效应物，从而能够实现精准调控整个具有催化功能的寡核苷酸的催化活性。同时，第二结构域201的微观腔长度大小能够决定其环状结构的刚性强度，并且决定与效应物形成的双链或者复合物的刚性强度，而此种刚性强度对于第一结构域101的第一缺口102和第二缺口103组装成封闭状态产生重要影响。图5中涉及的具有不同微观腔大小的该第二结构域的ANAzymes及相关序列如表5所示。[0111] 表5具有不同微观腔大小的该第二结构域的ANAzymes及相关序列[0112][0113] 在一些实施例中，如图6A及图19所示，第二序列200中插入两个可相互结合的适配序列202，得到了一类ANAzyme(即为一类具有催化功能的寡核苷酸)。其通过两段核苷酸序列相同的适配序列202，能够促使第一结构域101形成的催化核心距离缩短，起到稳定第一结构域101和/或使得第二结构域201处于封闭状态的结构。在一些实施例中，除了寡核苷酸链，本申请实施例提供的ANAzyme也可以被其他效应物激活，如例如小分子化合物，可以被广泛地制作成为生物传感器。在一些实施例中，所述底物和/或所述效应物为小分子化合物，所述小分子化合物选自三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)、乙酰磷酸、1,3?二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸。[0114] 在一个实施例中，ANAzyme、5’?FAM标记的底物链和ATP混合在反应缓冲液(250mM2+Tris?HCl，2M氯化钠)中，通过加入辅助因子Mg 来启动RNA裂解反应。然后在37℃下立即测量荧光强度。除最终溶液中含有10mMATP外，各组分的最终浓度与上述相同。结果如图6B所示，在ATP(作为底物)存在的情况下，第二结构域201中的两个适配序列202可以结合，缩短了第一结构域101形成的保守催化核心的距离，进一步稳定了封闭的第一结构域结构的形成。结果如图6C所示，当ATP被添加到ANAzyme的溶液中时，由于ATP特异性地激活了ANAzyme，因此获得了荧光信号(图6C)；而在无ATP分子存在的溶液体系中，ANAzyme无明显的催化活性。该实施例中涉及的ANAzyme、底物及适配序列如表6所示。[0115] 表6[0116][0117][0118] 在一些实施例中，如图6A及图19所示，第二序列200中插入两个可相互结合的适配序列202，的阻断序列203。通过阻断链与具有阻断序列203的ANAzyme杂交，以调控ANAzyme的催化活性。通过阻断链与远离第二结构域催化核心并处于第二序列200中的阻断序列203结合，阻滞链形成的双链刚性结构可能会影响效应物的结合能力，从而导致活性的变化。不同长度的阻断链、ANAzyme、底物及效应链相关序列如表7所示。在一个实施例中，结果如图(图7B和7C)，随着阻断序列203的长度增加，ANAzyme的RNA裂解率如预期的那样逐渐降低；而非突然下降。在这些实施例中，阻断链与效应链共同调节ANAzyme的活性，从而二者组合作为“效应物”的范畴。[0119] 表7不同长度阻断链、ANAzyme、底物及效应链序列[0120][0121] 核酸电子器件[0122] 另外，本申请实施例还公开了一种核酸电子器件，包括：至少一个电极；至少一个能够被催化产生可检测信号的生物传感器，所述生物传感器被修饰地连接在所述电极上，所述生物传感器负载上述实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸或形成的纳米颗粒。[0123] 在一些实施例中，所述电极包括选自钯，铂或金的金属。[0124] 在一些实施例中，所述生物传感器负载有可检测标记物，用于被上述实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸或形成的DNA四面体或纳米颗粒催化产生可检测信号。[0125] 在一些实施例中，所述可检测标记物为荧光标记物。例如，该可检测标记物为具有催化功能的寡核苷酸的底物链，该底物链的5’端设有荧光素基团，3’端设有或者不设有淬灭基团。该底物链可操作性地与具有催化功能的寡核苷酸接触，从而被其切割以产生荧光信号，根据该荧光信号实现该核酸电子器件的信号感知功能。其中，“可操作性地接触”是指当提供上述实施例所述的效应物与具有催化功能的寡核苷酸接触，从而调节或除非底物链的切割。[0126] 在一些实施例中，所述生物传感器是由四条碱基互补配对的DNA链组成的DNA四面体纳米颗粒，其中一条链或者四条链上带有具有催化功能的寡核苷酸，具有催化功能的寡核苷酸链与带有单RNA位点的底物链互补配对。[0127] 在一些实施例中，如图8A和图20所示，通过将适配链与第二结构域的适配序列202结合、以及通过阻断链与第二结构域的阻断序列203结合，可以很容易地实现生物分子响应的ANAzymes。在此种实施例中，效应物包含了适配链和阻断链。如图8B所示，在ATP存在的情况下，第二结构域中的两个适配体可以结合，缩短了保守催化核心的距离，进一步稳定了封闭的ANAzyme结构的形成。正如预期的那样，当ATP被添加到ANAzyme的响应体系中时，由于ATP特异性地激活了ANAzyme，因此获得了荧光信号。而没有ATP分子存在情况下，ANAzyme无催化活性。由此表明，利用ANAzyme可以被不同效应物、适配体进行活性调控的方式，可以合理地建立各种刺激反应的ANAzyme响应体系，广泛应用于各种生物传感器中。[0128] 在一个实施例中，ANAzyme与过量的阻断链在反应缓冲液(250mMTris?HCl，2M氯2+化钠)中退火；然后将底物加入退火后的混合物中；加入ATP、miRNA和辅助因子Mg ，启动RNA裂解反应在37℃下立即测量荧光强度。除最终溶液中含有120nM阻滞剂、10mMATP和200nMmiRNA外，各组分的最终浓度均与上述浓度相同，各序列如表8所示。结果如图8A\8B，效应物为两种元件或器件，例如ATP和microRNA(miRNA)对ANAzyme的催化活性的共调控实施例中，将将二者这两个调控位点嵌入了第二结构域201的两侧，每个区域分别与一个效应物相互作用。ATP激活位点与相应的适配序列一起设计，而miRNA可以取代阻断剂链。当两个效应物与其识别位点结合后，ANAzyme的构象从非活性状态转变为活性状态(第一缺口102和第二缺口103均处于“封闭状态”)。[0129] 表8[0130][0131] 结果如图8B所示，当反应体系中无任何效应物的情况下，ANAzyme的催化活性被抑制，无法输出明显的荧光信号；当反应体系中仅存在miRNA或ATP，能够使得第二结构域201一个变构位点中的一个变得活跃，但是ANAzyme的催化活性仍然被抑制，无输出明显的荧光信号；然而，当另一个效应物被引入反应体系中时，第二结构域201的两个变构位点为激活，从而使得ANAzyme的催化活性被激活，能够输出明显的荧光型号，这对其他合成纳米器件的构建或对自然变构生物分子的理解具有指导意义。[0132] 逻辑门复合物及逻辑电路[0133] Watson?Crick碱基配对反应是特异性的和可预测的。此外，可用序列的空间在序列的长度上是指数的，因此可以找到与给定的预定义集合相互作用相对弱的序列，从而使串扰最小化。这些特性使核酸成为体外和体内构造化学逻辑门和电路的有希望的材料。尽管已经显示以小分子为输入的变构核酶具有逻辑功能，但是它们的输出(切割的或连接的寡核苷酸)具有与输入不同的形式因此级联是困难的。产生由输入寡核苷酸控制的脱氧核糖核酸酶的最初体外工作允许构建并行执行多个逻辑操作的复合自动机。基于脱氧核糖酶的逻辑已经被扩展以产生单步信令级联和起指数链式反应作用的反馈循环。基于核酸的自动机的另一种方法是将用于逻辑控制的序列识别与酶活性相结合以产生或破坏共价键。核酸反应可以在不需要酶或(脱氧)核酶催化的情况下被驱动，并且该原理已经被用于构建基于DNA的逻辑门和信号级联。[0134] 本文提供了使用单链核酸作为输入和输出的基于核酸的逻辑门。所述门可以包括在允许实现通用布尔逻辑的多层逻辑电路中。示例性的与非门信号恢复级联放大和反馈在下面列出的例子中被证明。所述门仅依赖于杂交反应(例如序列识别和链置换)而不产生或破坏共价键，因此可以在没有酶或(脱氧)核酶催化的情况下操作。核酸如微小RNA可用作输入，且门在核酸背景下可靠地工作，如下文所述。这样的生物相容性门和电路可以应用于复杂生物样品的分析，例如检测微小RNA表达模式，或者最终应用于体内细胞功能的控制。[0135] 数字电子电路使用布尔逻辑，其值“0”和“1”通常表示为低电压值和高电压值。一小组逻辑门(例如“与”、“和”或“否”)对于计算任意布尔函数是足够的。在数字化学电路中信息位可以被编码为由分子逻辑门处理的信号分子的浓度。基于对数字电子电路设计的当前理解，可以编辑所需电路特性的列表。首先级联到所有电路部件的信号输入和输出应当具有相同的形式。其次，应该有一个缓冲机制来补偿信号损失和泄漏。通过阈值化和放大(增益)的信号恢复在多层电路中尤其重要，在多层电路中，当它们传播通过该电路时，小的误差可能被合成。第三种用于即插即用电路构造的电路部件也应当被很好地隔离和模块化。没有输入或输出负载的隔离要求不应导致信号的损失或增益。另外，电路元件之间的相互作用应当是特定的，不应当存在串扰，并且应当能够在不干扰现有电路的情况下添加新的元件。在硅基电子电路中，可以使用空间排列和直接布线来实现专一性和模块化；在液相化学回路中，逻辑运算的布线需要基于化学相互作用的特异性。[0136] 核酸可用于体外和体内构建化学逻辑门和电路。相互作用的特异性和分子设计的可靠性通过Watson?Crick碱基配对反应的可预测性而成为可能。此外，可用序列的空间在序列的长度上是指数的，因此通常可以找到与给定的预定义集合相互作用相对弱的序列，从而使串扰最小化。尽管已经显示以小分子为输入的变构核酶具有逻辑功能，但是它们的输出(切割的或连接的寡核苷酸)具有与输入不同的形式因此级联是困难的。产生由输入寡核苷酸控制的脱氧核糖核酸酶的最初体外工作允许构建并行执行多个逻辑操作的复合自动机。基于脱氧核糖酶的逻辑已经被扩展以产生单步信令级联和起指数链式反应作用的反馈循环。最近基于杂交和构象改变的工程化核酸逻辑开关已经在体内成功地被证明(Yurke等，Biosystems52:165?174；Yurke等，Nature406:605?608)。剩下的挑战是设计化学逻辑门，使得它们能够通过这里讨论的所需数字逻辑原理被组合以制造大的可靠电路。[0137] 本申请实施提供了基于体外核酸的逻辑门和电路以及制造和使用它们的方法。使用短寡核苷酸作为输入，设计了一套完整的布尔逻辑门：“OR”门、“AND”门、“XOR”门和“INHIBIT”门。荧光信号的增加被定义为“1”状态，而“0”状态对应的是没有明显的信号增加。[0138] 为此，本申请实施例提供了一种逻辑门复合物，其包含上述实施例提供的具有催化功能的寡核苷酸；[0139] 底物，所述底物为携带荧光基团；以及[0140] 提供所述具体催化功能的寡核苷酸和所述底物发生催化反应所需环境的元件或器件，所述元件或器件为固定化所述具体催化功能的寡核苷酸和所述底物的材料、或容纳所述具体催化功能的寡核苷酸和所述底物的容器；[0141] 其中，所述逻辑门复合物提供将输入核酸导入发生催化反应并形成输出物和产生具有逻辑编程的荧光信号。[0142] 在一些实施例中，其中，所述输入核酸包括至少两条寡核苷酸；所述输入核酸包括RNA或DNA，所述输入核酸包括RNA或DNA。[0143] 在一些实施例中，所述门选自“OR”门、“AND”门、“XOR”门和“INHIBIT”门。[0144] 在一些实施例中，所述元件或器件选自自有机场效应晶体管、薄膜晶体管、集成电路、逻辑电路、电容器、射频识别标签、有机发光二极管、有机发光晶体管、平板显示器、显示器的背光灯、有机光伏器件、有机太阳能电池、光电二极管、激光二极管、光电导体、有机光电检测器、电子照相器件、电子照相记录器件、有机记忆器件、传感器件、电荷注入层、聚合物发光二极管中的电荷传输层或夹层、肖特基二极管、平坦化层、抗静电膜、聚合物电解质膜、导电基材、导电图案、电池中的电极材料、配向层、生物传感器、生物芯片、安全标记、安全器件和用于检测和识别DNA或RNA序列的元件或容纳该具有催化功能的寡核苷酸和底物的器件。[0145] 1、“OR”门复合物[0146] 一些实施例提供了一个“OR”门复合物，其中，ANAzyme的第二结构域被设计由两个输入核酸链之一来响应(Input1、Input2)，只要存在两个输入核酸链中之一时，就会产生“1”输出信号，只有当所有的输入都不存在时，才不会产生“0”输出信号。其如图9A所示，当ANAzyme被Input1或Input2激活后，底物可以被切割成两块，并产生荧光信号的增加。[0147] 在一个“OR”门复合物的实施例中，将ANAzyme链和底物混合在反应缓冲液(250mM2+Tris?HCl，2M氯化钠)中。然后加入输入链和辅助因子Mg ，开始RNA裂解反应。在37℃下立即测量荧光强度。除最终溶液中输入100nM外，各组分的最终浓度与上述相同，设计的序列如表8所示。其荧光信号检测结果如图9B所示，当添加Input1和Input2的其中一个或两者时，显著性在荧光图中得到了荧光强度的增加。[0148] 表8“OR”门复合物的实施例[0149] ANAzyme SEQ ID NO.1底物 SEQ ID NO.17Input1 ggaggagcgcctgtcttaggcatcg，SEQ ID NO.41Input2 tgttcctggagcgcctgtcttaccg，SEQ ID NO.42[0150] 2、“AND”门复合物[0151] 一些实施例提供了一个“AND”门复合物，第二结构域被设计成两个输入核酸链共同来响应。仅当Input1和Input2都存在时，才会生成“1”输出；否则，输出将为“0”。如图10A所示，与或门不同的是，ANAzyme的第二结构域被设计为同时由Input1和Input2两条链杂交。Input1和Input2两条链产生的双相可以稳定地与第二结构域形成三向连接结构(TWJ)，而单一输入不足以与第二结构域结合。在一个“AND”门复合物的实施例中，反应体系通上述实施例，其序列如表9所示。结果如图10B所示，当同时输入Input1和Input2两条链时，在荧光分析中可以观察到显著的信号增加。在只采用其中一种输入的情况下，不能获得显著的荧光强度增加。[0152] 表9“AND”门复合物的实施例[0153] ANAzyme SEQ ID NO.1底物 SEQ ID NO.17Input1 gagcgcctgtctcactatggaagagat，SEQ ID NO.43Input2 atctcttccatagtgtaccgtagc，SEQ ID NO.44[0154] 3、“XOR”门复合物[0155] 对于“XOR”门，任何输入(“1、0或0、1”)的存在都会导致“1”输出，而当没有输入(“0、0”)或两个输入(“1、1”)都存在时，将会产生“0”输出。这种独特的输入?输出模式使得XOR门通：苣言诜肿铀缴鲜迪。一些实施例提供了一个“XOR”门，两个输入链(Input1和Input2)可以分别与第二结构域的一侧结合(图11)。如此，在Input1或Input2存在时，ANAzyme具有RNA切割能力，产生不断增加的荧光信号(图12D)。同时，一旦两种输入共存，由第二结构域形成的双链刚性结构将分散催化核心，使ANAzyme失活。[0156] 在一个“XOR”门复合物实施例中，反应体系通上述实施例，其序列如表10所示；其中，SplitDNAzyme?1和SplitDNAzyme?2组成一个环状变构域，以被效应物调节，SplitDNAzyme?1和SplitDNAzyme?2作为ANAzyme的对照，同样构成得到一个“XOR”门复合物，其构建原理如图11所示。如图12D所示，以实施例提供的ANAzyme构建的“XOR”门复合物能够完成清晰的信号逻辑；而由图13所示，采用SplitDNAzyme?1和SplitDNAzyme?2组成够鉴定“XOR”门复合物，未能执行XOR逻辑，发生了明显的信号泄漏。[0157] 表10“XOR”门复合物实施例及对照例相关序列[0158][0159] 4、“INHIBIT”门复合物[0160] 一些实施例提供了一个“INHIBIT”门复合物，其Input1或Input2其中一个输入被用作禁止因素，只有当它不存在而其他输入存在时，才会产生“1”输出。为了实现这一点，一些实施例使用了较长的Input2输入链来阻断第二结构域(图11)。在这种情况下，当Input1和Input2共存时，较长的Input2主要与第二结构域结合。因此，仅当Input1存在时，即可出现荧光信号。[0161] 在一个“INHIBIT”门复合物的实施例中，反应体系通上述实施例，其序列如表11所示。并以表10中的SplitDNAzyme?1和SplitDNAzyme?2作为ANAzyme的对照，同样构成得到一个“INHIBIT”门复合物，其构建原理如图11所示。结果如图12E所示，ANAzyme组成的“INHIBIT”门复合物很好地执行了“INHIBIT”门逻辑，而SplitDNAzyme?1和SplitDNAzyme?2组成的“INHIBIT”门复合物出现了信号泄漏，无法执行“INHIBIT”门逻辑。[0162] 表11“INHABIT”门复合物实施例及对照例相关序列[0163] ANAzyme SEQ ID NO.5底物 SEQ ID NO.15Input1 SEQ ID NO.19Input2 ctgtcttaccgtagcaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaacaaggaggagcgc，SEQ ID NO.52[0164] 5、级联电路[0165] 基于ANAzyme构建的逻辑门复合物“OR”门、“AND”门、“XOR”门和“INHIBIT”门，本申请实施例还基于这些“OR”门、“AND”门、“XOR”门和“INHIBIT”门构建逻辑门电路，所述逻辑门电路包括至少两个相互连接的“OR”门、“AND”门、“XOR”门或“INHIBIT”门的逻辑门复合物，其中一个逻辑门的输出是另一个逻辑门的输入。[0166] 如图14所示，两级逻辑电路由两个分层组成：从上游门Unit1到下游门Unit2。上游的输入，针对下游的ANAzyme，最初通过与上游的ANAzyme杂交得到保护。在Input链输入后，上游的Unit1中ANAzyme被触发后，可以被激活，消化上游底物，释放下游输入。然后，下游的Unit2中ANAzyme获得了切割下游底物的能力，导致信号显著增加。因此，通过上游的Unit1输出链与Unit2的输入连接，从而构建此两级逻辑电路。其中，上游门Unit1中的底物链与下游门Unit2中的底物链应当无法匹配，以免对下游Unit2的信号产生影响。[0167] 在一个两级逻辑电路的实施例中，反应体系过程包括：上游Unit1中的ANAzyme链2+和底物在反应缓冲液(250mMTris?HCl，2M氯化钠)中退火，然后将输入核酸和辅助因子Mg加入到退火后的混合物中，将混合物在37℃下孵育，以产生足够的下游输入。将孵育3小时后的产物作为下游Unit2的输入核酸加入下游Unit2的反应体系中(100nM的ANAzyme，200nM底物，250mMTris?HCl，2M氯化钠)，在37℃下立即测量荧光强度；相关序列如表12所示。实验结果如图15所示，存在级联上游Unit1输入核酸的情况下，荧光信号稳定地增加，而在不存在级联上游Unit1输入核酸的情况(HA)下，没有观察到这种增加。这些表示，级联电路可以依赖地响应于输入的添加。[0168] 表12两级逻辑电路的相关序列[0169][0170] 基于上述的逻辑门复合物，本申请实施例还提供了一种核酸分子半加法电路(HA)，其原理如图16A所示，其通过集成“XOR”门和“AND”门实现，可以进行部分二进制整数加法。“XOR”门的输出对应于加法运算的“SUM”位，而“AND”门的输出则代表“CARRY”位。然后，将“XORInput1”和“ANDInput1”组合起来形成“HA?Input1”，“XORInput2”和“ANDInput2”组合起来形成“HA?Input2”。XOR门(SUM)和与门(CARRY)的输出分别通过FAM和HEX荧光信号开云优惠体育网页版入口。[0171] 在一个HA电路实施例中，其反应体系包括：将FAM标记的底物、HEX标记的底物及其相应的ANAzymes混合在反应缓冲液(250mMTris?HCl，2M氯化钠)中，然后将输入核酸和辅2+助因子Mg 加入到混合物中，开始反应。在37℃下立即测量荧光强度。所有ANAzyme和底物的2+最终浓度均为100nM，而输入核酸的最终浓度为300nM；相关序列如表13所示。溶液中Mg 的浓度为50mM。结果如图16B所示，其荧光信号结果成功实现了半加法器的逻辑运算。由于各成分的浓度略低于各逻辑门操作，反应速度降低到一半左右。相比之下，电路中两个逻辑门的泄漏水平与单独操作的逻辑门实验相同。[0172] 表13HA逻辑电路的相关序列基于相同的策略，本申请实施例还提供了一种核酸分子半减法电路(HS)，其原理如图17A所示，其通过集成“XOR”门和“INHIBIT”门实现，并对应形成两路输入HS?Input1和HS?Input2。此外，“XOR”门的输出对应于减法运算的“DIFFERENCE”位，“INHIBIT”门的输出对应于减法运算的“BORROW”位，并且分别通过FAM和HEX荧光信号进行开云优惠体育网页版入口。[0173] 在一个HS电路实施例中，其反应体系同上述HA电路；相关序列如表14所示。结果如图17B所示，HS?Input1或HS?Input2都可以激活“XOR”门的ANAzyme，产生强烈的FAM荧光信号。而对于HS电路中的“INHIBIT”门，由于HS?Input1具有抑制其ANAzyme的阻断序列，仅当输入HS?Input2才能恢复保守催化核心的封闭结构，从而产生可检测的HEX信号。当将这两个输入加在一起后，“XOR”门和“INHIBIT”门的ANAzymes都被剥夺了RNA切割能力，无法产生输出信号。同样地，反应也有些缓慢，但是背景仍然与个体逻辑门相同。[0174] 表14HS逻辑电路的相关序列[0175]

专利地区：湖北

专利申请日期：2023-03-21

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN116286806B