DNA数字化学工程

主要内容

古代DNA在化石中保存了数千到数百万年。这种自然的DNA保存方式激发了我们将DNA封装成玻璃颗粒的想法。在这些微粒中,DNA被密封起来,免受活性氧和高温等恶劣环境的侵袭。从防伪标签到分析传感器和数据存储的各种应用目前都在寻求。

合成化石中的核酸保护

合成化石中的核酸保护

联系人:罗伯特教授草

古代DNA在化石中被保存了超过十万年。这种自然的DNA保存方式激发了我们将DNA封装在玻璃颗粒中(合成化石)。在粒子矩阵中,DNA是密封的,并能抵御活性氧和高温等环境破坏。[1,2]外加一层TiO2被封装的核酸能屏蔽紫外线的强烈照射DNA的恢复是通过用稀释的氟化物缓冲液溶解颗粒来实现的这种技术可以用于短的人工DNA链,也可以用于质粒、基因组DNA[4],甚至RNA [5]

[1] R. N. Grass, W. J. Stark, WO2013143014
[2] Angew。化学。Int。艾德。2013.链接
[3] j .板牙。化学。B, 2014。链接
[4] Protoc Nat。, 2013年。链接
[5]放置Healthc。板牙。,2015.链接

示踪技术

追踪环境中的粒子

联系人:罗伯特教授草

利用实时定量聚合酶链反应(qPCR),通过封装的DNA标记对合成的化石颗粒进行检测和定量,使这些颗粒可以作为示踪剂的工具。由于qPCR具有良好的特异性和敏感性,颗粒可检测到磅的浓度水平(=µg/kg),通过数字聚合酶链反应(PCR),甚至单个纳米颗粒都可以逐一计数。这项技术可用于研究二氧化硅纳米颗粒在活细胞中的命运(纳米毒理学)和环境(例如废水处理)。

此外,颗粒可以用来跟踪(追踪)液体的流动和分布(河流流动和地下水库表征)[8]农药等化学物质在环境中扩散,甚至影响动物的生态摄食关系。目前在这一领域的工作包括发展更快和更移动的DNA定量系统。

视频解释了FML开发的示踪技术,现在被派生公司Haelixa采用。必威足球网

[6] ACS Nano, 2015。链接视频
[7]化学。Commun。, 2014年。链接
[8]环绕。科学。抛光工艺。, 2018年。链接
[9]环绕。科学。抛光工艺。列托人。,2016.链接
[10]摩尔。生态。资源。, 2015年。链接

传感:粒子中的实验室

传感:粒子中的实验室

联系人:罗伯特教授草

基于dna的追踪器存储信息的能力使其具有吸引力分布式测量并根据回忆传递本地化信息。为了达到这个目的,DNA被修改,使其对特定的外部刺激很脆弱。暴露后,粒子被重新聚集,DNA组成的变化与外部刺激[11]有关。我们已经证明,基于dna的智能示踪剂可以测量具有挑战性的环境(如单细胞)中的温度[12]、氧化应激、光强度或持续时间[13]。

G. Mikutis, M. Puddu, R. N. Grass, W. J. Stark, EP15164214
[12], 2016。链接
[13]放置板牙。, 2016年。链接

长期数据存储

长期数据存储

联系人:罗伯特教授草

我们目前能接触到的一些最古老的信息,是保存在骨骼化石中以DNA形式存在的古代物种的基因组信息(例如,一匹70万年前的马的基因组)。由于封装在人造化石中的DNA与天然化石中的DNA一样稳定,我们研究了封装DNA的用途长期数字信息存储。作为我们存储的原型阿基米德的力学定理方法和瑞士联邦宪章(总计83 kB)作为合成DNA[14]。将DNA封装在人造化石和前向纠错编码经过2000年的模拟环境温度存储,数字数据可以无误差地恢复。目前在这一领域的工作包括降低基于阵列的DNA合成成本的工程方法,这是使DNA数据存储与当前数据存储方法(如磁存储)竞争所必需的。(15、16)

[14] Angew。化学。Int。艾德,2015。链接
[15]放置功能。板牙。,2019.链接
[16]科学。报告,2019。链接

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