一种基于DNA纳米技术的信息加密方法

摘要

本发明提出了一种基于DNA纳米技术的信息加密方法，利用折纸术形成带有设计图案的结构作为明文，该结构上带有设计的图案；加入密钥单链，使设计的图案消失，完成信息的隐藏，形成不带标记信息的方形折纸，在写入的同时也就对标记信息位置进行了加密处理，可以通过AFM对加密存储的结果进行可视化观察。同时，本发明还包括相应的信息恢复方法，加入密钥单链恢复明文，实现信息恢复解密。本发明采用DNA折纸术与链置换技术结合，把DNA链本身作为信息存储的载体，通过在方形折纸上对图形的形成与分解实现分子级别信息的加密存储与恢复。本发明对信息加密存储与恢复具有可行性与有效性，为推动纳米级生物信息存储技术发展提供实验基础。

说明书

技术领域

本发明涉及信息加密的技术领域，尤其涉及一种基于DNA纳米技术的信息加密方法。

背景技术

DNA分子是结构精巧、具有超强组装能力的一维纳米线，其良好的可操作性与强大的识别和信号转换能力对于结构的构造和组成具有天然的优势，所以自seeman教授提出DNA纳米技术的概念以来，构建DNA纳米结构的研究就得到了迅速的发展，并尝试对DNA纳米结构进行应用和控制。例如，能够直接利用分子、原子来制造具有特定功能的纳米材料，也可以将DNA纳米材料与其它纳米材料结合起来，使人们能够向着更精细和更高效的方向创造新材料，为生命科学、材料科学、环境科学等领域带来前所未有的推动作用，并且已经取得了一定的成果。

随着DAN纳米技术的进一步发展，对DNA纳米结构的功能性应用提出了越来越高的要求。例如，现在科学家们用DNA分子来制造各种各样对称和不对称、静止和运动的纳米物件。从最简单的十字形到复杂的地图以及扭曲的三维形状，从简单的“分子开关”到可以行走的“分子机器人”，许多新的成果都给予了新的启迪与应用。主要反映对于DNA传感器、DNA芯片、DNA计算机以及DNA分子机器等的研制和开发，以及对于工业产业中的实际应用。

再者，由于DNA具有的超大规模并行性、超高容量的存储密度以及超低的能量消耗等优点，被用于分子计算、数据储存以及信息安全等领域，这些研究可能导致新型计算机、新型数据存储器和新型密码系统的诞生，并引发一场新的信息革命。由于信息存储的发展一直是提高存储密度和提高数据传输率的重要途径，而DNA的特性决定了DNA在信息存储研究中的应用越来越广泛和重要，其中构建DNA纳米存储器是其中的重要应用之一。DNA纳米存储器是以DNA分子为存储介质，将信息编码为DNA分子，采用生化实验使DNA分子与各种生化酶进行生化反应或者与特定的DNA链反应，实现DNA分子的杂交、分离等操作，来模拟存储器的数据读取和写入操作。理想中的纳米存储器件应该具有微型、定址、高集成和高兼容特性。纳米存储器件的关键是研究出简单、实用的制备纳米尺寸器件的方法，以及相应的储存机理，这也是科学家们一直努力的方向之一。2003，Kashiwamura年构建了一个具有高存储密度和高特异性杂交的小型DAN存储器，进一步于2005年证实了该存储模型具有高精度的可控性，并进行了大规模的计算机仿真。Takahashi利用发夹结构构建了4位的DNA、RAM；作为DNA计算的一部分，被成功应用于解决最大独立集问题。这为DNA纳米技术在信息存储方面的应用奠定了基础。随着分子信息存储的进一步研究，分子信息的加密存储和恢复为信息安全提供了新的途径。纳米技术是构建纳米材料的基础，也是信息得以在纳米尺度加密存储的基础。实现分子级别的信息加密与解密是目前的研究热点，而DNA纳米技术的迅速发展为此项研究带来了发展契机，也为构建新型信息存储系统提供了新方法。

对于存储技术来说，存储材料和存储系统是非常重要的两方面，而要使DNA纳米技术与其结合，还有许多理论和技术需要解决，其中一些重要问题就是作为数据载体材料的DNA分子的存取速度，发生链置换反应的时间、可靠性、通用的可编程生物存储方法的实现等问题，都亟待解决和研究。

发明内容

本发明提出一种基于DNA纳米技术的信息加密方法，结合DNA折纸术、生化实验、链置换来实现分子级别信息的加密存储、表达和恢复，是DNA纳米技术与信息存储技术的结合应用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种种基于DNA纳米技术的信息加密方法，其步骤如下：

步骤一：明文的表达：对待加密信息的几何结构的连接关系采用长链进行折纸，由对应整齐但不接连的点来表达图形轮廓线，把带有修饰物的短链与长链混合，利用碱基互补配对的原则将长链与短链结合成稳定的结构，通过生化反应得到用修饰物表达的结构图案；

步骤二：信息的加密：根据步骤一得到的结构图案，采用链置换技术加入密钥单链并与带有修饰物的短链进行生化反应，将修饰物置换出来形成不带标记信息的方形折纸，使设计的图案消失，实现信息的加密存储。

所述带有修饰物的短链作为订书钉链来表达图形，每个短链与长链结合点作为位点发生杂交，选择不同的位点构成不同的图形；选取DNA hairpins作为修饰物，DNAhairpins结构可以放在短链的顶端、末端或中间部位；采用末端拥有28个碱基的DNAhairpins结构的短链得到方形纳米结构。

带有DNA hairpins结构的短链b2包括部分单链和DNA hairpins结构，DNAhairpins结构位于单链的末端，由28个碱基组成，中间部分是能够互补配对的双链，两端是没有互补配对的单链，DNA hairpins结构通过其中一端与单链相连，其中另一端具有toehold序列。

所述长链选择M13噬菌体，当长链M13与带有DNA hairpins结构的短链通过碱基互补配对形成双链时，形成双链结构c2；双链c2由于含有DNA hairpins结构高度比较高，亮度更亮；具有DNA hairpins结构的双链c2与单链B发生链置换反应，得到没有DNA hairpins结构的双链C，其中单链B是密钥；短链b2的DNA hairpins结构中的两个粘性末端的一端与长链M13连接、另一端为未连接端，未连接端用来信息加密的置换反应，整个置换反应单链是与之完全互补配对的，使得整个的DNA hairpins结构和长链M13结合而形成双链C。

其信息恢复方法为：在加密后的折纸中加入与密钥B完全互补配对的单链D，通过链置换反应得到长链A和折纸上的DNA hairpins结构，在密钥B被结合后，由于碱基互补配对原则，单链会重新形成DNA hairpins结构，恢复明文图像。

所述单链D是与双链C中折纸上的双链结构中的带有toehold序列的单链B完全互补配对，在单链B尾部浅绿色端具有toehold序列，能够迅速的与加入的密钥单链D反应，反应后，由于加入的单链D与折纸中单链B完全互补，会出现完全结合的双链E，完成信息的解密。

其实验步骤为：

(i)实验材料及工具的准备

根据所设定的方形结构，订购所需的两种单链和DNA长链M13，两种单链包括不含DNAhairpins结构的干粉和含有DNA hairpins结构的干粉，上样缓冲液为1×TAE/Mg2+（12.5ngμl）缓冲液，PCR仪；

(ii)实验过程

把含有单链的试剂管进行离心处理，再把每一条单链溶解，不含DNA hairpins结构的干粉溶解之后相应的试管编号为1-139，含有DNA hairpins结构的干粉溶解后相应的试管编号为140-216，分别按照对应的编号放置在4°的冰箱中静置；按照设计的结构图案，从编号140-216试管中各取2μl并混合，存放在新试管217中，从编号1-139试管中各取2μl存放在新试管218中；取试管217与试管218中的样液按比例为1:2混合，共15μl放置在试管219中；取试管219中2μl样测浓度为640.3ng/μl；取2μl浓度为250ng/μl的长链M13溶液；

(iii)退火过程

取试管219中溶液2μl、长链M13溶液2μl、1×TAE/Mg2+缓冲液46μl于试管220中，将试管220中的样混合均匀，放入PCR仪中，从95度退火至室温；

(iv)原子力显微镜成像

把退火好的溶液稀释5倍或7倍，一滴5µL样品滴加于处理过的云母上，云母用双面胶粘在载物片上，向云母表面样品上滴加20µL的1×TAE/Mg2+缓冲液，静置5分钟后，将载物片置于原子力显微镜样品台上；将装有针尖的液体槽置于样品上方并固定；

(v)链置换加密过程

订购与DNA hairpins完全互补的长链B，溶解测其浓度；把已经扫描过且出现较好实验结果的样拿出取10ul，按1:1与长链B混合，并进行退火反应得到溶液；把退火后的溶液进行稀释5倍或7倍，用原子力显微镜扫描成像，得到加密后的信息图像。

对加密后的信息图像进行链置换恢复反应的实验方法为：订购由toehold序列和短链序列构成的长链，溶解测其浓度；把已经扫描过且出现较好实验结果的样拿出取10ul，与试管217中的样和订购的长链按1:1:1混合，并进行退火反应；把退火好的样稀释5倍或7倍，用原子力显微镜扫描成像，得到恢复的明文信息。

本发明的有益效果：采用DNA折纸术与链置换技术结合，把DNA链本身作为信息存储的载体，通过在方形折纸上对图形的形成与分解，实现分子级别信息的加密存储与恢复。实验结果验证了分子级别的信息加密存储与恢复的可行性与有效性，为推动纳米级生物信息存储技术发展提供实验基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的待加密的图案。

图2为短链与长链M13的反应过程。

图3为具有DNA hairpins结构的方形折纸平面图。

图4为原子力成像明文图像结构图。

图5为链置换反应的过程图。

图6为原子力成像信息加密结构图。

图7为信息恢复中的链置换反应。

图8为原子力成像明文恢复结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种基于DNA纳米技术的信息加密方法，结合DNA折纸术、生化实验、链置换来实现分子级别信息的加密存储、表达、恢复。本发明第一步利用折纸术形成带有设计图案的结构作为明文，该结构上带有设计的图案，第二步加入密钥单链，使设计的图案消失，完成信息的隐藏。形成不带标记信息的方形折纸，在写入的同时也就对标记信息位置进行了加密处理，可以通过AFM对加密存储的结果进行可视化观察。由于之前对位置进行了加密存储，就可以在实验结果中的方形折纸上看到折纸表面平整不带有结构，这个图案就是通过对于信息加密存储之后的表达结果。实验结果表明了对于分子级别的信息进行加密存储。第三步就是在加入密钥单链恢复明文，即用特定的单链通过实验方法实现信息恢复解密。这一方法实现了信息加密存储、表达、及恢复的过程,也实现了DNA纳米技术与信息存储技术的结合，达到加密的效果。具体步骤如下。

步骤一：明文的表达：对待加密信息的几何结构的连接关系采用长链进行折纸，把带有修饰物的短链与长链混合，利用碱基互补配对的原则长链与短链结合成稳定的双链，通过生化反应得到设计的用修饰物表达的结构图案。

待加密的信息如图1所示，针对图1的几何结构之间的连接问题，直接采用DNA折纸术设计会导致结构不稳定，易在外力作用下发生断裂，导致结构不能形成所设计的图案。为此，采用长链进行折纸，采用带有修饰物的短链作为订书钉链来表达图形。通过加入短链进行图形形状的固定，每个短链与长链结合点即位点上都会发生杂交，选择不同的位点，构成不同的图形。在实验中，把带有修饰物的短链与长链混合，通过生化反应得到设计的用修饰物表达的结构图案。

本发明选取DNA hairpins作为修饰物，生成的折纸结构中由于带有DNA hairpins的短链要比普通单链高，在原子力显微镜（AFM）下位置影像就更亮，所有DNA hairpins结构影像出来的亮点组合来表征所设计的图形。除边界链外，每个短链有32个碱基组成，在设计时，DNA hairpins结构可以放在短链的顶端、末端、中间部位，本发明采用末端拥有28个碱基的DNA hairpins结构的短链，最后得到的方形纳米结构中，利用含有DNA hairpins结构的短链与普通短链（不含有DNA hairpins结构）高度不同表征纳米图案。

本发明的长链选择M13噬菌体，当长链M13与短链通过碱基互补配对形成双链时，会产生两种不同结构，一是长链与带有DNA hairpins结构的短链反应，形成双链结构c2，如图2（b）中的反应B，另一种是与不含有DNA hairpins结构的短链反应，形成双链结构c1，如图2（a）中的反应A。

由于DNA hairpins结构具有更高的高度，在AFM扫描时通过高度不同得到不同的亮度。通过比较两种双链结构c1和c2，可以知道，双链c2由于含有DNA hairpins结构高度要比结构c1高，就会更亮。长链M13和短链利用碱基互补配对的原则可以结合成稳定的双链。如图2（b）所示的短链b2包括单链和DNA hairpins结构，DNA hairpins结构位于单链的末端，由28个碱基组成，中间部分是能够互补配对的双链，两端是没有互补配对的单链，通过其中一端与单链相连，其中有一端具有toehold序列，可以为下一步中的链置换反应做准备。由于DNA hairpins结构具有一定的高度，所以在折纸上形成之后，即使排列方向不同或者形状不像图中的那样规整，但还是会具有一定的高度，这也就为在AFM扫描时提供了便利。而在设计中这样的凸起共有多处，能够构成所设计的图案。

在折纸上通过对不同位置的修饰物可以得到不同的图形，针对图1的图形，图3为具有DNA hairpins结构的方形折纸平面，黑点代表拥有DNA hairpins结构的位置。由于要表达的信息是根据需要设计，所以对于具有DNA hairpins结构的短链，要经过精心挑选，在形成折纸的过程中，每一条短链是不同的，根据所设计的结构选取带有DNA hairpins结构的短链。在方形折纸上，根据图形的需要，由对应整齐但不接连的点来表达图形轮廓线，这样能够从整体上影像出设计的图形。由于长链M13碱基数的限制，只能够在尽可能的条件下完成设计，对于高度和宽度的设计也不能够做到与原图形的比例一样。反应中，长链M13需与不同的短链相结合，利用碱基互补配对原则，形成牢固的双链结构，而形成稳定的结构就要保证DNA链在折叠处的扭力最小，这就要使要尽量的调整螺旋距。双链DNA的一个螺距约等于10.67个碱基，而每一段双链DNA的长度必须是半螺距的整数倍，如10.67×0.5×3(螺距数)≈16个碱基，这样才能保证DNA链在折叠处的扭力最小。这样就确定了折纸术中关于每个订书钉链的长度问题，每个订书钉链有32个碱基，共有216条，根据设计需要的选取77条带有DNA hairpins结构，在图中用黑点表示出来，这样就形成了上图3所看到的图案。

将长链M13与短链混合，进行生化反应形成折纸结构。通过原子力显微镜成像结果显示所得到的图案长处约90nm，最宽处50nm，如图4所示。从图4中的结构中可以清晰的看到设计的图案。无论组成图案的U和L，还是中间的距离，都可以在图中表达出来。由图4可知，能够从正方形折纸上看到有修饰物形成的图案，与原设计的结构图案基本相符。证明了实验设计的合理性以及对于图形设计的实验可行性。

由于高度的不同，在AFM下能够呈现很明显的差异，可以清晰的看到，折纸上的白色和黄色部分，白色是由于该位置具有DNA hairpins结构，通过DNA hairpins结构造成高度不同，由于高度的不同导致亮度不同，再通过亮度的差异表达出设计的图形。由于在图形设计的时候对于折纸的单链选取能够影像出设计图形形状，所以其成像结果能够出现设计的图形。当然，也可以看到在图形细节上是不够清晰的，原因大致有两点，第一是因为DNAhairpins结构不是固定不变的，易受外界影响而变形而不能够表达出所具有的高度，导致在折纸上亮度不明显或者缺失。第二是杂质过多，在扫描的过程中不能够扫描出清晰地图形。针对这种问题要改善的办法就是在实验过程中操作规范，减少杂质的产生，在反应完全之后使用离心机进行有效过滤。

步骤二：信息的加密：根据步骤一得到的结构，采用链置换技术加入密钥单链并与带有修饰物的短链反应，将修饰物置换出来，形成不带标记信息的方形折纸，不再出现高度和亮度的不同，使设计的图案消失，实现信息的加密存储。

图4得到了带有设计图案的明文结构，通过加入单链即密钥，完成对明文的加密。由于图形是由带有DNA hairpins结构的短链显现出来的，可以破坏DNA hairpins结构来完成加密。采用链置换技术，加入密钥并与带有DNA hairpins结构的单链反应，具体过程如图5所示，可以将DNA hairpins结构置换出来。

图5显示具有DNA hairpins结构的双链c2与单链B发生链置换反应，得到没有DNAhairpins结构的双链C，其中单链B是加密过程的密钥。由于双链c2中DNA hairpins结构一侧具有toehold，输入单链B时，开始发生链置换反应，从而完成与整个单链B的结合，形成结构C。由于结构C右侧双链结构不具备刚性，用AFM扫描没有相应的高度，折纸上就不会出现相应的亮度及图案。通过链置换在折纸上就不会出现高度不同，也就没有了亮度的不同，而呈现出完整的方形折纸。当DNA hairpins结构存在方形折纸上面时，是折纸的一部分，就会形成不同高度。当DNA hairpins结构开始与单链完全互补配对结合，整个DNA hairpins结构就不会存在，从而达到加密的目的。

通过与单链发生结合反应来达到把DNA hairpins结构去掉的目的，这样做的好处就是，没有破坏下面的双链部分，从而保持在折纸结构完整的情况下而抹去DNA hairpins结构。由于每个DNA hairpins结构是一样的，这样的链置换反应一共有77处要进行，在置换的时候只要保证所有的DNA hairpins结构都被置换掉，就实现了信息加密，实现了对于明文中结构图案的加密。总的来说，就是实验过后所有的DNA hairpins结构都不存在，在AFM扫描下，由于没有高度的不同，就只有方形折纸结构，标记信息也就完成了加密。

图6为明文信息加密后的原子力成像信息加密结构图，由于方形折纸是完整且没有明暗亮度不同，也就表明了通过链置换反应折纸上的位置信息加密成功。由图6可知，整张折纸长约90nm、宽约65nm，折纸上没有明暗不同，DNA hairpins已经完全发生了链置换反应。当然也不是所有的折纸都能够保证完整清晰，一些折纸会出现部分链缺失等情况。原因有三点：第一，由于表达77处位置信息的DNA hairpins结构是一样的，当加入单链时，单链的浓度决定了单链能够与每个DNA hairpins结构都发生反应；第二，由链置换反应的原理知道，加入的单链更容易与DNA hairpins结构反应；第三，折纸上由于DNA hairpins结构是位于折纸上的，在发生反应后不会破坏折纸结构。由于折纸整体完整且置换完全的产率是比较高的，在AFM扫描时，能够容易找到完成链置换反应的折纸。

信息的恢复：首先在加密后的方形折纸中加入新的短链置换掉步骤一中DNAhairpins结构所在位点中的短链，然后重新加入带有DNA hairpins结构的短链与长链结合，恢复明文图像。

信息加密之后得到的结构是完整的方形折纸，要在此基础上进行解密并得到明文结构，最重要的是把加入的密钥去掉或者通过反应中和掉，这里想到应用另一纳米技术---DNA链置换技术。也是加密系统的第二步反应，加入密钥使得新的密钥与这折纸上的双链结构发生链置换反应，并分离开使得单链又由于碱基互补配对原则形成DNA hairpins结构。这样再用AFM扫描时就会产生明暗亮度，得到设计的图案，恢复明文结构，完成信息的解密过程。

由于在进行加密过程中加入的密钥除了DNA hairpins结构完全互补配对的序列，还有另外添加了一段序列，这就为解密提供了条件。有一点应该注意，由于新的密钥和加密时的密钥具有相同的序列，当加入新密钥匙时，以前加入的密钥会消耗掉新加入的密钥。为了避免浓度应用反应产率和结果，可以先进行过滤，再测样品浓度。

就本实验的解密目的是加入密钥置换掉加密时加入的密钥，使得方形折纸上重新具有DNA hairpins结构，要达到这个目的第一步就是设计密钥。由于知道加密时，加入的密钥B的序列，所以再设计密钥时只需要能够给密钥B完全互补配对即可，就很容易得到。当加入密钥时，由于密钥B中具有toehold序列，就很容易发生链置换反应，达到实验目的。具体反应过程如图7。C为折纸上形成的双链结构，D为新加入的密钥，与密钥B完全互补配对，通过链置换反应得到A，折纸上的DNA hairpins结构，在密钥B被结合后，由于碱基互补配对原则，单链会重新形成DNA hairpins结构。E为新生成的双链结构。当加入密钥D时，由于双链结构C中尾部浅绿色部分为toehold片段，由于链置换反应会从toehold端开始结合，发生分支迁移反应，直到完全生成形成双链结构E。

图7中，开始反应前的单链D就是与C中折纸上的双链结构中的带有toehold序列的B完全互补配对，由于在单链B尾部浅绿色端具有toehold序列，能够迅速的与加入的密钥单链D反应。反应后，由于加入的单链D与折纸中单链B完全互补，会出现完全结合的双链E，完成信息的解密过程。A’与A是序列完全相同的两种不同结构。

由于每个订书钉链上的DNA hairpins结构是一样的，所以密钥B和密钥D都是只要一种即可，反应的位点根据图案设计的不同，与链置换反应没有关系。根据设计，每张折纸上要达到解密的效果都要发生77处链置换反应。

通过加入密钥单链反应得到最终样品，在经AFM扫描可以得到实验结果。由于再设计中的折纸上具有DNA hairpins结构，所以最后的得出的实验结果应该是在折纸上具有明暗亮度不同，表明了通过链置换反应折纸上的信息解密成功。

图8为恢复明文结构图，在扫描时得到的实验结果不太清晰，但用三维结构却可以清晰看到实验结果与设计的图形一样，这证明了方案的可行性。造成这种结果的重要原因是加入的单链太多，发生了设计之外的链置换反应，使得溶液中的杂质过多，在进行AFM扫描时干扰实验结果的扫描。还有就是在形成明文结构时，没有取得比较满意的实验结果。

本发明具体的实验方法包括：

(vi)实验材料及工具的准备

根据所设定的方形结构，订购所需的两种单链（不含DNA hairpins结构的干粉和含有DNA hairpins结构的干粉）以及DNA M13，DNA M13是一种丝状噬菌体，内有一个环状单链DNA分子，共有7409个碱基，这些都是由上海生物工程有限公司提供。Lodding buffer、1×TAE/Mg2+（12.5ngul）缓冲液，PCR仪。

(vii) 实验过程

把含有单链的试剂管进行离心处理，再把每一条单链按照试剂管上标注的说明进行溶解，不含DNA hairpins结构的干粉溶解之后相应的试管编号为1-139，含有DNA hairpins结构的干粉溶解后相应的试管编号为140-216分别按照对应的编号放置在4°的冰箱中静置。按照设计的结构图案，从编号140-216试管中各取2ul并混合，存放在新试管217中。从编号1-139试管中各取2ul存放在新试管218中。取试管217与试管218中样液，按比例为1:2混合，共15ul放置在试管219中。取试管219中2ul样测浓度为640.3ng/ul。取长链M13溶液2ul测浓度为250ng/ul。

(viii)退火过程

取试管219中溶液2ul，长链M13溶液2ul，1×TAE/Mg2+（12.5ngul）缓冲液46ul，于试管220中，将试管220中的样混合均匀，放入PCR仪中，从95度退火至室温（退火一般是设置温度在0.1度为一个循环，每10度为一个梯度，在这个梯度内退火0.1度的时间是一样的，例如从95度到85度之间，每0.1度时间为16分钟，85度到75度是一个梯度，每0.1度是8分钟，这样完成退火至室温，一共需要15个小时多）。

(ix)原子力显微镜成像

把退火好的溶液稀释5倍或7倍，用原子力显微镜扫描成像。一滴5µL样品滴加于新处理过的云母上，云母已用双面胶粘在载物片上，向云母表面样品上滴加20µL的1×TAE/Mg2+（12.5ngul）缓冲液，静置5分钟后，将载物片置于原子力显微镜样品台上。将装有针尖(NP-S，共振频率9.4kHz，力常数0.38N/m)的液体槽置于样品上方并固定。为使成像清晰并避免样品受到针尖和样品间相互作用力的损伤，应尽量减小施加在针尖上的力。

(x)链置换加密过程

订购与DNA hairpins完全互补的长链B，溶解测其浓度（可以稀释）。把已经扫描过且出现较好实验结果的样拿出，取10ul，按1:1与单链B混合，并进行退火反应（同上，但退火时间可以减少）得到溶液IV。把退火后的溶液进行稀释5倍或7倍，用原子力显微镜扫描成像。

(xi)链置换恢复反应

订购由toehold序列和短链序列的长链，溶解测其浓度。把已经扫描过且出现较好实验结果的样拿出，取10ul，与试管217中的样和订购的长链按1:1:1混合，并进行退火反应（同上，但退火时间可以减少）。把退火好的样进行稀释（5倍或7倍），用原子力显微镜扫描成像。

本发明通过折纸术形成明文结构，加入单链即密钥，把标记信息进行加密，形成不带有标记的折纸结构，再加入密钥使之恢复。第一步利用折纸术形成带有设计图案的结构作为明文，该结构上带有设计的图案，第二步加入密钥单链，使设计的图案消失，完成信息的隐藏。形成不带标记信息的方形折纸，在写入的同时也就对标记信息位置进行了加密处理，可以通过AFM对加密存储的结果进行可视化观察。由于之前对位置进行了加密存储，就可以在实验结果中的方形折纸上看到折纸表面平整不带有结构，这个图案就是通过对于信息加密存储之后的表达结果。实验结果表明了对于分子级别的信息进行加密存储。第三步就是在加入密钥单链恢复明文，即用特定的单链通过实验方法实现信息恢复解密。这一方法实现了信息加密存储、表达、及恢复的过程，也实现了DNA纳米技术与信息存储技术的结合，达到加密的效果。这里，DNA作为载体，其中一部分载体带有标记，视为信息，没有标记的载体只是构成方形折纸的材料，也可以把组成折纸的短链作为像素点，而挑选能够表达设计的图案的像素点进行标记，通过链置换技术把标记加密，经过生化反应后写入存储信息，之后再通过链置换反应恢复。本明方法为以后分子级别的信息存储研究奠定了基础。

通过高度的不同表达出相应的图案，如果作为载体的折纸足够大，能够完成许多仅用折纸术不能得到的结构。已完成的对于信息的加密存储和表达恢复，对于分子级别的加密存储提供理论依据，这也对于以后人们对纳米技术与信息存储的应用结合提供实验基础。反应在实验过程中，其一就是反应过程是漫长的，对于退火时间选择要经过实践慢慢积累经验。另外，由于杂质太多，用AFM扫描时，实验中出现特异性杂交形成大分子和结构不稳定等状况。考虑到是在纳米尺度上进行信息加密，如果在同一张折纸上处理多个图形，这样可以考虑更高级别的信息加密隐藏，也为以后对于更高级别的信息加密隐藏做引导，也为未来DNA纳米技术与信息隐藏技术的结合提供实验基础。随着DNA纳米技术和信息存储技术的发展，相信在不久的将来有望开发出DNA纳米信息存储系统，使其在未来的信息存储领域发挥更大的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。