基于微流控技术的DNA数据存储基元的测序方法

本申请涉及dna数据存储，尤其是涉及基于微流控技术的dna数据存储基元的测序方法。

背景技术：

1、脱氧核糖核酸(dna)是一种天然的信息存储介质，对世界上几乎所有生物有机体的海量遗传信息都有超高的安全存储能力，也因此备受人们的关注。作为已知高存储密度、高稳定性的数据存储介质，dna具有成为下一代存储介质的潜力。dna数据存储包括编码、数据写入(dna合成技术)、数据保存、数据索引、数据读取(dna测序技术)以及解码几个主要流程。随着信息-生物技术交叉学科的不断发展，非天然碱基的引入为dna数据存储开辟了新的前景。这类非天然碱基不仅能够扩展编码信息的字母表、提高存储密度，还能够提升抗降解能力，延长dna数据存储的稳定性和寿命。

2、质谱法测序，尤其是基质辅助激光解吸/电离飞行时间质谱(maldi-tof-ms)，是一种新兴的dna测序技术。该技术利用激光脉冲将dna片段从基质中解吸并电离，然后通过飞行时间质谱分析仪测定这些离子的质量-电荷比，从而实现对dna序列的分析。质谱法测序具有高通量、快速分析以及无需标记等优势。然而，在将这种方法应用到需要检测非天然碱基的dna数据存储中时，存在明显的局限性，传统的质谱方法难以实现对这种含有非天然碱基的dna序列的准确测序。因此，有必要提供一种能够有效检测非天然碱基的测序方法。

技术实现思路

1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种基于微流控技术的dna数据存储基元的测序方法，利用该方法可以能够有效检测含有非天然碱基的dna片段。

2、本申请的第一方面，提供一种基于微流控技术的dna数据存储基元的测序方法，该测序方法包括以下步骤：

3、s100：将dna数据存储基元与核酸外切酶t和缓冲液混合反应，使核苷酸逐一从dna数据存储基元中去除，得到混合溶液；

4、s200：对混合溶液进行质谱分析，根据质谱图中峰值对应的分子量确定dna数据存储基元中的碱基顺序。

5、根据本申请实施例的测序方法，至少具有如下有益效果：

6、本申请的实施例利用核酸外切酶t将dna数据存储基元逐个脱去核苷酸，使混合溶液中含有沿3′→5′方向顺次脱去单一核苷酸的不同长度的核酸分子，根据这些不同的核酸分子的分子量的变化，通过质谱分析可以得到顺次脱去的单一核苷酸的类型，实现测序。并且在实验过程中发现，相比于其他能够3′端或5′端脱去核苷酸的酶，本方案中所使用的核酸外切酶t能够有效地将核酸分子中含非天然碱基的核苷酸脱去，从而在质谱分析中具有较好的出峰效果，提高对不同核苷酸类型进行识别的准确性。

7、在本申请的一些实施方式中，混合反应为在20～30℃下反应30min～120min。

8、在本申请的一些实施方式中，混合反应在60～70℃热处理10～30min终止反应。

9、在本申请的一些实施方式中，dna数据存储基元包含3～10000个核苷酸。

10、在本申请的一些实施方式中，核苷酸包含非天然碱基。

11、在本申请的一些实施方式中，非天然碱基包括m6a、m5c、5-硝基吲哚中的至少一种。

12、在本申请的一些实施方式中，s100在微流控芯片中进行。

13、在本申请的一些实施方式中，微流控芯片包括：

14、芯片入口，芯片入口用于注入原料，原料包括dna数据存储基元与核酸外切酶t和缓冲液；

15、多个反应腔室，多个反应腔室用于提供原料进行反应的内部空间；

16、分流通道，分流通道连通芯片入口和多个反应腔室，分流通道用于将原料分流到多个反应腔室。

17、在本申请的一些实施方式中，微流控芯片还包括多个缓冲腔室，多个缓冲腔室位于多个反应腔室沿原料流动方向的下游，并与多个反应腔室一一对应连通。

18、本申请的第二方面，提供前述的测序方法在dna数据存储中的应用。

19、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.dna数据存储基元的测序方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的测序方法，其特征在于，所述混合反应为在20～30℃下反应30min～120min。

3.根据权利要求1或2所述的测序方法，其特征在于，所述混合反应在60～70℃热处理10～30min终止反应。

4.根据权利要求1所述的测序方法，其特征在于，所述dna数据存储基元包含3～10000个核苷酸。

5.根据权利要求1或4所述的测序方法，其特征在于，所述核苷酸包含非天然碱基。

6.根据权利要求5所述的测序方法，其特征在于，所述非天然碱基包括m6a、m5c、5-硝基吲哚中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的测序方法，其特征在于，所述s100在微流控芯片中进行。

8.根据权利要求7所述的测序方法，其特征在于，所述微流控芯片包括：

9.根据权利要求8所述的测序方法，其特征在于，所述微流控芯片还包括多个缓冲腔室，所述多个缓冲腔室位于所述多个反应腔室沿所述原料流动方向的下游，并与所述多个反应腔室一一对应连通。

10.权利要求1至9任一项所述的测序方法在dna数据存储中的应用。

技术总结
本申请公开了一种基于微流控技术的DNA数据存储基元的测序方法。该测序方法包括以下步骤：将DNA数据存储基元与核酸外切酶T和缓冲液混合反应，使核苷酸逐一从DNA数据存储基元中去除，得到混合溶液；对混合溶液进行质谱分析，根据质谱图中峰值对应的分子量确定DNA数据存储基元中的碱基顺序。本申请的实施例利用核酸外切酶T将DNA数据存储基元逐个脱去核苷酸，使混合溶液中含有顺次脱去单一核苷酸的不同长度的核酸分子，根据其分子量的变化，通过质谱分析可以得到顺次脱去的单一核苷酸的类型，实现测序。并且核酸外切酶T能够有效地将核酸分子中含非天然碱基的核苷酸脱去，具有较好的出峰效果，对不同核苷酸识别的准确性高。

技术研发人员：蒋兴宇,史向涛,耿春阳,李健恺
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12