硅基计算机发展至今,面对摩尔定律的逼近和海量信息处理需求稍显乏力,因此研究者从未停止探索其他新型计算方式。DNA计算是一门融合信息科学、生物技术、数学与自动化等多个领域的交叉学科,具备信息容量大、并行性高和保留生物活性等特点,相关研究涉及分子计算、信息存储、大数据分析、精准医疗等前沿方向。以DNA tile、DNA折纸为代表的自组装纳米技术为DNA计算提供了可编程分子平台。然而尺寸受限的DNA折纸单体难以满足日益复杂的应用需求。一种方法是通过定义连接规则让多个折纸有序地自组装成大型结构。已有许多基于可编程自组装的微米级平铺阵列、可控尺寸的画布、框架结构被成功构建。因此,构建可计算DNA折纸并控制其组装放大为一定规模的DNA阵列,将DNA折纸作为计算元件而非计算平台来执行计算过程,扩展了折纸结构在DNA计算领域的应用前景。本文以DNA折纸作为基本元件,基于自组装技术提出了一套可编程自组装规则,并最终在其基础上开发了一个DNA计算模型。主要研究内容和取得的研究成果如下:首先,本文设计并实现了一种含有8个连接域的可计算DNA折纸结构。与以往支持可编程连接的折纸不同在于,连接域不再局限于U、D、L、R四个方向,8个连接边提供了更多可编码位点。通过建立空间模型、仿真实验的方式,以及生物实验手段设计、实现并优化了该DNA折纸结构,保证其稳定性。其次,以所设计的DNA折纸为基本单元,本文开发了一套折纸间可编程自组装连接规则,并以双单元连接为例展示了基于这套规则生成的可控的自组装阵列。随后采用粘端互补和堆积力两种方式,分别实现了确定和非确定两种连接逻辑。同时进一步探索了影响连接稳定性的因素,寻找出了能够提高连接产率的实验条件。最后,本文展示了可编程连接系统在构建复杂阵列和DNA计算中的应用——包括实现了“正方形框”、“风车”、3的倍数等有限自组装阵列,以及构建了一个可计算最小公倍数的DNA计算模型。这些工作体现了所设计的8边缘DNA折纸在构建规模可控纳米设备与分子计算方面的应用潜力。