一种基于五元素纳米颗粒的DNA数据库长期保存方法与流程

本发明涉及dna数据存储领域，更具体地涉及一种基于五元素纳米颗粒的dna数据库长期保存方法。

背景技术：

1、dna数据存储，是一种利用dna来存储数据的新兴技术，通过将二进制的信息数据与dna链上的碱基序列互相转化来得以实现。具体来说，dna信息存储首先通过编码将二进制信息转换为碱基序列，随后合成相应dna片段，再将大量dna片段进行物理封装形成一个dna数据库。需要读取信息时，通过随机读取从一个或多个dna数据库中找到包含特定文件信息的目标dna片段，再经过测序和解码将其恢复为二进制信息。dna数据存储具有存储密度高、存储时间长、耗能少、无需人工频繁维护、无需消耗矿石资源等优点。

2、对dna数据库中的dna分子进行长期保存的重点在于隔绝水和空气的影响，dna分子在自然环境中容易受到空气及水分的影响发生断裂和降解，其中储存的信息也随之被破坏。目前dna数据库保存方法是将dna修饰后，冻干为粉末状态后物理封存在硅中，该方法保存期限长，但是操作麻烦且不利于对dna数据库进行随机读取。另外一种方法是将dna连接在硅纳米球上之后，再利用不透水的硅胶将其封存，虽然可以实现dna数据库的随机读取，但是整个技术流程仍然繁琐，不利于大规模dna数据库的长期保存。dna数据存储虽然有保存时间长的优点，但在长期保存dna同时，如何简化处理流程，减低处理成本，仍是dna数据存储走向应用的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于五元素纳米颗粒的dna数据库长期保存方法，从而解决现有dna数据库保存方法存在操作繁琐、处理成本较高的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、提供一种基于五元素纳米颗粒的dna数据库长期保存方法，包括以下步骤：s1：将(dotap+pbae)、dope、胆固醇和dmg-peg以预定的摩尔比50∶10∶(38-39)∶(1～2)混合，制备一种五元素纳米颗粒，然后将该五元素纳米颗粒溶解于无水乙醇，制备得到乙醇相，其中，根据pbae的类型不同，dotap与pbae的摩尔比为(2.5～10)∶1；s2：将dna数据库中的dna分子用80～120mm柠檬酸缓冲液溶解，制备得到水相；s3：将步骤s1制备的所述乙醇相和步骤s2制备的所述水相以1∶1的体积比快速混合，dotap+pbae与dna分子的质量比为(15～25)∶1，冻干后4℃保存，即可实现对dna数据库中dna分子的长期保存。

4、优选地，dotap+pbae与dna分子的质量比为20∶1。

5、根据pbae的类型不同，dotap与pbae的摩尔比为2.5∶1，5∶1，10∶1。应当理解的是，这里所说的pbae的类型是根据pbae的侧链长度确定的，侧链长度4-7的pbae适用10:1；侧链长度9-12适用2.5:1；侧链长度17-26适用5:1。

6、优选地，步骤s2中，采用ph＝3的100mm的柠檬酸缓冲液。

7、优选地，步骤s1中，(dotap+pbae)、dope、胆固醇和dmg-peg以预定的摩尔比50∶10∶38.5∶1.5混合。

8、本发明旨在提供一种用于大规模dna数据库长期保存的方法，通过利用五元素纳米颗粒(five-element nanoparticles，fenps)来对dna数据库中的dna分子进行长期保存。该五元素纳米颗粒通过dotap((1,2-二油氧基丙基)三甲基氯化铵)、pbae(β-氨基酯)、dope(二油酰磷脂酰乙醇胺)、胆固醇以及dmg-peg(1,2-二肉豆蔻酰-rac-甘油-3-甲氧基聚乙二醇)这五种原材料以一定的摩尔比混合制备而成。应当理解的是，现有技术曾将脂质纳米颗粒(lnp)用于包裹mrna并进行特异性转运，其主要解决的是细胞兼容性及细胞膜的特异性识别；然而本发明通过联合使用辅助聚合物聚β-氨基酯(pbae)和dotap，开发出了一种新的五元素纳米颗粒(five-element nanoparticles，fenps)，并将其用于dna信息的存储，该应用的重点在于将dna与环境进行隔离以达到长期保存的目的。本发明通过联合使用辅助聚合物聚β-氨基酯(pbae)和dotap增加了纳米粒子之间的电荷斥力和纳米粒子内部脂肪链的结合力，赋予了fenps高的稳定性，延长dna的保存时间。

9、根据本发明提供这样一种dna数据库长期保存方法，采用的五元素纳米颗粒联合使用pbae和dotap作为辅助聚合物，通过增加纳米粒子之间的电荷斥力和纳米粒子内部脂肪链的结合力，赋予fenps高的稳定性，其中，pbae是一种可电离聚合物，含有多个氮基团，可以高效包封dna分子，在冻干过程中对结晶和真空脱水具有高度的稳定性，dotap可以赋予fnp正电荷，增加纳米颗粒之间的排斥作用。辅助聚合物pbae和dotap的结合使fenps颗粒内部的疏水性增强，颗粒之间的电荷斥力增强，冻干后在4℃下具有较高的稳定性。

10、如图1所示，pbae、dotap、dope、胆固醇、以及dmg-peg混合后会自发组装成双分子层，双分子层的表面为pbae，由于静电吸附会与dna分子紧密结合。核心为表面吸附了dna分子的双分子层球，外圈同样为被dna分子吸附的形成球状的双分子层。dna分子被紧密地包裹在两层双分子层之间，隔绝空气，通过冻干可以脱除球体中的水分，进而达到长时间保护dna分子、大幅度减缓其降解速度的目的，实现对携带了信息的dna分子长期存储的目标。

11、与现有dna数据库的长期保存方法相比，本发明所提供方法的优点在于：操作简单，无需利用硅材料作为载体或进行封装，大幅度简化了复杂的封装流程，减少了人力物力与时间消耗，应用方便。

12、综上所述，本发明提出了一种简便的、可靠的且低成本的用于dna数据库中dna分子的长期保存方法。

技术特征：

1.一种基于五元素纳米颗粒的dna数据库长期保存方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的dna数据库长期保存方法，其特征在于，dotap+pbae与dna分子的质量比为20∶1。

3.根据权利要求1所述的dna数据库长期保存方法，其特征在于，根据pbae的类型不同，dotap与pbae的摩尔比为2.5∶1，5∶1，10∶1。

4.根据权利要求1所述的dna数据库长期保存方法，其特征在于，步骤s2中，采用ph＝3的100mm的柠檬酸缓冲液。

5.根据权利要求1所述的dna数据库长期保存方法，其特征在于，步骤s1中，(dotap+pbae)、dope、胆固醇和dmg-peg以预定的摩尔比50∶10∶38.5∶1.5混合。

技术总结
本发明提供一种基于五元素纳米颗粒的DNA数据库长期保存方法，包括以下步骤：S1：将(DOTAP+PBAE)、DOPE、胆固醇和DMG‑PEG以预定的摩尔比50∶10∶(38‑39)∶(1～2)混合，制备一种五元素纳米颗粒，溶解于无水乙醇制备得到乙醇相，DOTAP与PBAE的摩尔比为(2.5～10)∶1；S2：将DNA分子用80～120mM柠檬酸缓冲液溶解，制备得到水相；S3：将所述乙醇相和所述水相以1∶1的体积比快速混合，冻干后4℃下保存，即可实现对DNA数据库中DNA分子的长期保存。根据本发明，提供了一种简便的、可靠的且低成本的用于DNA数据库中DNA分子的长期保存方法。

技术研发人员：刘博,杨世佳,罗源,冯世伦,赵建龙
受保护的技术使用者：祥符实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15