基于DNA构象变化的逻辑门网络化构筑及其分子密码应用

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21877084
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0701.生物体系分子探针
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cryptography is the core of information security technology, whose development is related to several aspects, such as national safety, social stability and economic development et.al. DNA Cryptography provides a novel approach for the development of the information security, which is featured with using DNA as the information carrier and modern molecular biology biologic technique as the implementation tool.And it can realize many cryptographic functions such as encryption, authentication,and signature.Different from the former data hiding scheme depended on DNA sequences (one-dimensional substitution), we constructed a series of molecular logic gates based on the integration of DNA and nanomaterials by adjusting secondary structures of DNA (ssDNA, dsDNA,triplex, hairpin, G-quadruplex, I-motif) and employing nanomaterials or fluorescent dyes as outputs. In the first set of experiments, we fabricated a complete set of 16 elementary logic gate operations, then some gates will be connected and repeated in series where the output of the previous gate is the input for the next gate, our designed system will yield a library of logic operations subsequently. Finally, we will explore the cryptography function (encryption, steganography and decryption) of molecular logic gates by virtue of the binary/ decimal conversion.This molecular cryptography system is the fusion between molecular logic gates and of modern cryptography, by taking advantage of mathematics code, chemical code and biological code, which provides a new research method for the study of information disposal, storage and hide method and contribute to the theoretical reference and experimental basis of modern encryption system.
密码学是信息安全技术的核心,它的发展关系到国家安全、社会稳定和经济发展等多个方面。DNA密码的出现为信息安全领域的发展提供了新契机,它以DNA为信息载体,以分子生物学技术为实现工具,可实现数据加密、信息隐藏、安全认证等密码学功能。不同与以往的基于DNA序列的信息隐藏方法(一维代换),本研究基于DNA的构象多态性,通过荧光分子或者纳米材料调控其二级结构(单链、双链、三链、发卡、四链等)与发光变化,构建全系列16种基础逻辑门,并将基础逻辑门复合或将上游逻辑门的输出作为下游逻辑门的输入,实现基础逻辑门的网络化级联整合和重置。最后,我们利用进制转换探索分子逻辑门的密码学功能(加密技术、隐写技术和解密技术)。本研究是分子逻辑门和现代密码学的融合,是一种综合了数字密码、化学密码和生物密码优势的分子密码系统,可为信息加密或信息存储及隐藏提供新的研究方法,为现代密码学研究提供理论借鉴和实验基础。

结项摘要

密码学是信息安全技术的核心,它的发展关系到国家安全、社会稳定和经济发展等多个方面。DNA密码的出现为信息安全领域的发展提供了新契机,它以DNA为信息载体,以分子生物学技术为实现工具,实现数据加密、信息隐藏、安全认证等密码学功能。不同与以往的基于DNA序列的信息隐藏方法(一维代换),本研究基于DNA的构象多态性,通过荧光分子(NMM、CV、SG、ThS、ThT、TO和Ru配合物等)或者纳米材料(GO,DNA纳米银簇等)调控其二级结构(单链、双链、三链、发卡、四链等)与发光变化,成功构建了全系列16种基础逻辑门,并将基础逻辑门复合或将上游逻辑门的输出作为下游逻辑门的输入,实现基础逻辑门的网络化级联整合和重置。同时,我们利用进制转换探索了分子逻辑门的密码学功能,成功构建奇偶数逻辑区分系统、分子键盘锁安全系统、分子密码本和世界上第一个分子格雷码。本研究通过分子逻辑门和现代密码学的融合,构建了充分整合数字密码、化学密码和生物密码优势的新型分子密码系统,可为信息加密或信息存储及隐藏提供新的研究方法,为现代密码学研究提供理论借鉴和实验基础。

项目成果

期刊论文数量(31)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(3)
专利数量(7)
G-quadruplex and duplex DNA binding studies of novel Ruthenium(II) complexes containing ascididemin ligands
含有海鞘胺配体的新型钌 (II) 配合物的 G-四链体和双链体 DNA 结合研究
  • DOI:
    10.1016/j.jinorgbio.2019.03.021
  • 发表时间:
    2019-07-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Wumaier, Maierhaba;Shi, Jing-Jing;Shi, Shuo
  • 通讯作者:
    Shi, Shuo
A Cu9S5 nanoparticle-based CpG delivery system for synergistic photothermal-, photodynamic- and immunotherapy
基于 Cu9S5 纳米颗粒的 CpG 递送系统,用于协同光热、光动力和免疫治疗
  • DOI:
    10.1038/s42003-020-1070-6
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Communications Biology
  • 影响因子:
    5.9
  • 作者:
    Lulu Zhou;Lv Chen;Xiaochun Hu;Yonglin Lu;Wenjie Liu;Yanting Sun;Tianming Yao;Chunyan Dong;Shuo Shi
  • 通讯作者:
    Shuo Shi
Integrating in situ formation of nanozymes with mesoporous polydopamine for combined chemo, photothermal and hypoxia-overcoming photodynamic therapy
纳米酶与介孔聚多巴胺的原位形成相结合,用于化学、光热和克服缺氧的光动力联合治疗
  • DOI:
    10.1039/c9cc07125c
  • 发表时间:
    2019-12-21
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Hu, Xiaochun;Lu, Yonglin;Shi, Shuo
  • 通讯作者:
    Shi, Shuo
Mercury mediated DNA–Au/Ag nanocluster ensembles to generate a gray code encoder for biocomputing
汞介导的 DNA→Au/Ag 纳米团簇生成用于生物计算的格雷码编码器
  • DOI:
    10.1039/d2mh00598k
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Materials Horizons
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Mohamed Nabeel Mattath;Debasis Ghosh;Chunyan Dong;Thimmaiah Govindaraju;Shuo Shi
  • 通讯作者:
    Shuo Shi
A self-amplified nanocatalytic system for achieving "1 + 1 + 1 > 3" chemodynamic therapy on triple negative breast cancer.
一种自放大纳米催化系统,可实现三阴性乳腺癌的-1-1-1-1-3-3化学动力学治疗
  • DOI:
    10.1186/s12951-021-00998-y
  • 发表时间:
    2021-09-04
  • 期刊:
    Journal of nanobiotechnology
  • 影响因子:
    10.2
  • 作者:
    Zhou L;Chen J;Sun Y;Chai K;Zhu Z;Wang C;Chen M;Han W;Hu X;Li R;Yao T;Li H;Dong C;Shi S
  • 通讯作者:
    Shi S

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其他文献

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  • 发表时间:
    2015-12
  • 期刊:
    Journal of Hydrodynamics
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    石硕;孙建亭;杜广生;张敏
  • 通讯作者:
    张敏

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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