近日，化學化工學院高中鋒副教授與中國地質大學（武漢）夏帆教授、湖南大學柯國梁教授合作在Science 子刊《Science Advances》上發表題為 “Enthalpy and entropy synergistic regulation–based programmable DNA motifs for biosensing and information encryption”的研究論文 （Science Advances, 2023, 9, eadf5868）。
基于DNA的人工信息學系統具有高密度、高精度、低成本、易合成和大規模并行計算等優勢，已初步實現了在信息加密、身份驗證和數字簽名等領域中的應用。然而，從化學熱力學的角度來看，這些DNA器件大多依賴于單一的焓調控模式，忽略了熵的影響，使得系統具有較大的能量波動窗口，導致性能難以預測并出現信息偏差。因此，開發一種精確可調的DNA器件用于信息加密至關重要。
受蛋白質內在無序折疊構型啟發，高中鋒副教授報道了一種熵與焓協同調控的pH響應型DNA motif器件，用于生物傳感和信息加密。通過改變莖環DNA的環上堿基個數，實現了分子熵的精確調節；通過改變莖上A+/C堿基錯配個數，實現了分子焓的精確調節。實驗探究了熵變和焓變協同調節機制，提出了DNA器件設計規則。在此基礎上，實現了糖尿病患者臨床血樣檢測。進一步發展分子布爾邏輯計算系統，將體系的邏輯語言結合密碼學中非對稱信息加密策略，用于多種信息隱寫，實現了地理位置（“Maldives”）和莎士比亞《哈姆雷特》中經典名句（“To be, or not to be, that is the question”）的存儲加密。這項工作促進了DNA納米材料未來在分析傳感、信息存儲、編碼和加密等領域的發展，在化學熱力學尺度上為精確調控DNA器件的響應特性提供了理論基礎。該項研究由濟南大學為第一完成單位，我校化學化工學院高中鋒副教授與中國地質大學（武漢）夏帆教授、湖南大學柯國梁教授為論文的共同通訊作者。本研究工作得到了國家自然科學基金重大項目、面上項目等資助。
高中鋒，西南大學博士、華中科技大學博士后，現任濟南大學化學化工學院副教授、碩士生導師。主要研究領域為基于DNA納米技術、邏輯傳感與界面檢測。在國際學術期刊Science Advances, Nature Protocols, Chem, National Science Review, NPG Asia Mater., Analytical Chemistry, Biosensors Bioelectronics等發表SCI論文40余篇，申請專利3項，參編專著2部。先后承擔國家自然科學基金面上項目、青年科學基金，山東省自然科學基金，中國博士后科學基金等多項科研項目，獲濟南市優秀科技工作者稱號、獲山東省循環經濟科學技術獎三等獎。現兼任中國青年科技工作者協會會員、SCI雜志Technology in Cancer Research & Treatment 副主編（Associate Editor）、Frontiers in Chemistry副主編（Associate Editor）、《分析試驗室》青年編委。
撰稿：高中鋒 編輯：趙華磊 編審：賈海寧
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