本發明涉及一種利用電壓尋址控制dna微陣列合成rna的方法，屬于rna合成領域。

背景技術：

1、在合成生物學領域，體外轉錄是一種重要的技術，用于將特定dna模板轉錄為rna產物。這種方法在rna藥物開發、基因編輯以及核酸檢測等領域具有廣泛應用。目前，rna聚合酶驅動的體外轉錄因其高效性和特異性被廣泛采用。然而，現有的啟動子驅動體外轉錄系統通常依賴化學試劑或溫控條件對轉錄過程進行調控，這不僅存在較高的成本，而且在某些應用場景中可能受限于復雜的操作和環境條件的要求。

2、rna聚合酶依賴于特定的啟動子序列，而實際操作中，模板設計不當可能導致轉錄效率較低。此外，rna聚合酶可能在非特異性區域引發轉錄，降低目標rna的產量和純度。在體外轉錄過程中，可能生成短截rna、過長rna或其他非特異性rna。這些副產物不僅會影響rna產物的質量，還可能干擾后續應用，例如核酸檢測或rna藥物開發。傳統體外轉錄系統通常依賴于固定濃度的化學成分(如mg2+、ntp、dna模板等)，缺乏動態調控的能力。一旦啟動轉錄反應，較難實現實時控制，影響實驗的可控性與結果的靈活性。體外轉錄產物易受到rna酶的降解，即使在嚴格的無核酸酶環境中，rna的不穩定性仍然可能限制其應用，特別是在長時間保存或運輸的場景中。模板dna的重復使用性差，dna模板在體外轉錄過程中可能被污染或降解，導致模板的重復使用效率低下，增加了實驗成本。當前的t7體外轉錄方法通常針對實驗室規模設計，難以滿足工業化或高通量生產的需求。例如，體系優化與反應容積的擴大常常需要大量時間和資源投入。由于rna聚合酶的高活性，反應體系中可能存在未消耗的ntp、模板dna及副產物rna，這使得轉錄產物的純化變得復雜，增加了后續加工成本。但這些問題為啟動子體外轉錄技術的優化與升級提供了明確方向。

技術實現思路

1、發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供了一種電壓尋址控制dna微陣列合成rna的方法，該方法不僅可以實現對rna合成的動態調控以及dna模板的重復使用，還能為核酸檢測與合成生物學研究提供新工具，解決啟動子體外轉錄的模板dna重復使用性差、系統調控缺乏靈活性以及轉錄產物的純化復雜等問題。

2、技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種電壓尋址控制dna微陣列合成rna的方法，包括以下步驟：

3、步驟1，設計的dna分子，所示dna結構包括莖環結構或直鏈結構；

4、步驟2，處理電極微陣列芯片，通過化學或電化學方法修飾手臂分子；

5、步驟3，通過化學鍵將dna分子合成或固定在電極上；

6、步驟4，通過電壓尋址控制dna的構象變化，從而實現選擇性體外轉錄合成rna。

7、進一步地，莖環結構包含目的序列、啟動子序列與互補序列、ploy?t/a。

8、進一步地，直鏈結構包含目的序列、啟動子互補序列、ploy?t/a。

9、進一步地，在ploy?t/a位置進行官能團修飾，所述官能團包括巰基、氨基、羧基、醛基、鄰氨基苯酚、生物素等，可與電極上的手臂分子相連。

10、其中，電極微陣列芯片可為市售芯片。

11、進一步地，電極材質為導電電極材料，包含金、鉑、銀、碳(如石墨、碳納米管)、鈦以及一些金屬氧化物(如氧化銦錫)、一些金屬氮化物(氮化鈦)等。

12、進一步地，電極表面采用化學或電化學方法修飾手臂分子，所述化學修飾包括單分子層自組裝、共價鍵結合等；電化學方法包括循環伏安法和計時電流法。

13、進一步地，所述手臂分子包含重氮鹽分子、硅烷偶聯劑以及親和素等。

14、進一步地，如圖2所示，所述電壓尋址控制包括電切換或電輔助雜交等；電切換會導致dna鏈直立或平躺于電極表面，從而促進或抑制(依靠空間阻力)啟動子轉錄合成rna；電輔助雜交會加速或抑制啟動子與電極上dna鏈的雜交速率從而影響體外轉錄合成rna。

15、進一步地，體外轉錄包括t3啟動子轉錄、t7啟動子轉錄以及sp6啟動子轉錄等。

16、有益效果：與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點：

17、1、本發明使電極上的dna可以重復使用；

18、2、本發明可以通過電壓控制選擇性轉錄rna；

19、3、本發明可以進行一次多輪轉錄以產生大量的rna副本；

20、4、本發明在不破壞微陣列的序列基礎上可以實現多批次rna選擇性合成，每條序列在選擇性合成過程中可以產生多個rna分子副本，用于后續直接使用或反轉錄為dna序列使用；

21、5、利用rna引物與已有序列雜交、鍵合并消化dna，也可實現原位合成rna微陣列；

22、6、本發明作為一種非接觸式、精確調控、簡化的方式，能夠在微尺度和快速響應的條件下控制生物反應的過程，具有降低成本和提高產量的潛力。

技術特征：

1.一種利用電壓尋址控制dna微陣列合成rna的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述dna分子的結構包括莖環結構或直鏈結構。

3.根據權利要求2所述，其特征在于，所述莖環結構包含目的序列、啟動子序列與互補序列、ploy?t/a。

4.根據權利要求2所述，其特征在于，所述直鏈結構包含目的序列、啟動子互補序列、ploy?t/a。

5.根據權利要求3與4所述，其特征在于，還包括在所述ploy?t/a位置進行官能團修飾，所述官能團包括巰基、氨基、羧基、醛基、鄰氨基苯酚或生物素。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述電極的材質包含金、鉑、銀、碳、鈦、金屬氧化物或金屬氮化物。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中所述電極的表面采用化學或電化學方法修飾手臂分子，所述化學修飾包括單分子層自組裝、共價鍵結合；所述電化學方法包括循環伏安法或計時電流法。

8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電壓尋址控制包括電切換或電輔助雜交。

9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述體外轉錄包括t3啟動子轉錄、t7啟動子轉錄或sp6啟動子轉錄。

技術總結
本發明公開了一種電壓尋址控制DNA微陣列合成RNA的方法。該方法利用電壓尋址控制與體外轉錄相結合以實現多次選擇性合成RNA。首先設計的DNA序列，借助手臂分子于電極微陣列上原位合成DNA或固定已經合成的DNA，通過電控尋址引發體外轉錄達到選擇性合成RNA的目的。本發明在不破壞微陣列的序列基礎上可以實現多批次RNA選擇性合成，每條序列在選擇性合成過程中可以產生多個RNA分子副本，用于后續直接使用或反轉錄為DNA序列使用。此外，利用RNA引物與已有序列雜交、鍵合并消化DNA，也可實現原位合成RNA微陣列。為RNA合成提供了一種簡化的流程，具有降低成本和提高產量的潛力。

技術研發人員：劉全俊,余浩天,韓業敏,林瑋明,陸祖宏
受保護的技術使用者：東南大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24