近日，化学化工学院高中锋副教授与中国地质大学（武汉）夏帆教授、湖南大学柯国梁教授合作在Science 子刊《Science Advances》上发表题为 “Enthalpy and entropy synergistic regulation–based programmable DNA motifs for biosensing and information encryption”的研究论文 （Science Advances, 2023, 9, eadf5868）。

基于DNA的人工信息学系统具有高密度、高精度、低成本、易合成和大规模并行计算等优势，已初步实现了在信息加密、身份验证和数字签名等领域中的应用。然而，从化学热力学的角度来看，这些DNA器件大多依赖于单一的焓调控模式，忽略了熵的影响，使得系统具有较大的能量波动窗口，导致性能难以预测并出现信息偏差。因此，开发一种精确可调的DNA器件用于信息加密至关重要。  

受蛋白质内在无序折叠构型启发，高中锋副教授报道了一种熵与焓协同调控的pH响应型DNA motif器件，用于生物传感和信息加密。通过改变茎环DNA的环上碱基个数，实现了分子熵的精确调节；通过改变茎上A⁺/C碱基错配个数，实现了分子焓的精确调节。实验探究了熵变和焓变协同调节机制，提出了DNA器件设计规则。在此基础上，实现了糖尿病患者临床血样检测。进一步发展分子布尔逻辑计算系统，将体系的逻辑语言结合密码学中非对称信息加密策略，用于多种信息隐写，实现了地理位置（“Maldives”）和莎士比亚《哈姆雷特》中经典名句（“To be, or not to be, that is the question”）的存储加密。这项工作促进了DNA纳米材料未来在分析传感、信息存储、编码和加密等领域的发展，在化学热力学尺度上为精确调控DNA器件的响应特性提供了理论基础。该项研究由江南平台江南登录平台,Welcome为第一完成单位，我校化学化工学院高中锋副教授与中国地质大学（武汉）夏帆教授、湖南大学柯国梁教授为论文的共同通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、面上项目等资助。

高中锋，西南大学博士、华中科技大学博士后，现任江南平台江南登录平台,Welcome化学化工学院副教授、硕士生导师。主要研究领域为基于DNA纳米技术、逻辑传感与界面检测。在国际学术期刊Science Advances, Nature Protocols, Chem, National Science Review, NPG Asia Mater., Analytical Chemistry, Biosensors Bioelectronics等发表SCI论文40余篇，申请专利3项，参编专著2部。先后承担国家自然科学基金面上项目、青年科学基金，山东省自然科学基金，中国博士后科学基金等多项科研项目，获济南市优秀科技工作者称号、获山东省循环经济科学技术奖三等奖。现兼任中国青年科技工作者协会会员、SCI杂志Technology in Cancer Research & Treatment 副主编（Associate Editor）、Frontiers in Chemistry副主编（Associate Editor）、《分析试验室》青年编委。

撰稿：高中锋        编辑：赵华磊        编审：贾海宁