自组装是一种自发且.普遍存在的过程,既是利用小的对象组合形成较大的复杂结构的过程。自组装技术在近几十年中飞速发展,已经成为生物、物理、化学、制造、材料和纳米科学等科研领域的重要探索手段和热门研究方向。分子自组装的这些特性有着极大的应用价值,与生命活动本身也密切相关,使得分子自组装体系成为发展仿生技术与探索生命奥秘的极具实用价值的体系,因此,尤为重要的就是研究分子的自组装的特性。通过合理设计的DNA单链进行自组装,就可以构造出一种称为双交叉分子结构(DX)的包含四个臂的“砖块”。我们把这些“砖块”当作分子瓦片,瓦片四条边对应着DX的四条臂给定标记符号的序列,所以DNA分了可以构成任意选定的瓦片。将这些分子合理设计即可构造出二维片状体。DNA自组装算法是以DNA分子作为数据存储和运算的一种新型计算模式。凭借其可编程性与自治性,DNA自组装成为了实现DNA计算芯片化的可行的手段。因此,对DNA自组装计算模型进行研究具有理论与实际意义。DNA链置换技术和荧光标记是近年生物计算领域的新兴的方法,并且因为它们都有着操作简单的优势而成为DNA计算的常用方法。链置换技术是利用DNA分子单链间的粘贴,通过加入输入链来释放另一条DNA链。这项技术具有自引发性、灵敏性和准确性等特点。链置换反应能够在每一步被级联删除外触发器,这能够使工程系统变得自制。本次研究首先介绍了几种目前分子计算领域中所涉及新兴生物技术,重点介绍了本研究涉及的技术,然后利用链置换技术解决0-1规划问题并且构建了逻辑门运算模型。第一,利用链置换技术解决0-1规划问题。DNA自组装算法是以DNA分子作为数据存储和运算的一种新型计算模式。为了提高算法的特异性和检测的灵敏度,在自组装算法的基础上,首次将DNA链置换技术和荧光标记结合引入到自组装模型中,提出了一个解决0-1规划问题的DNA计算新模型。与以往DNA计算模型相比,该模型提高了运算的可靠性和准确性,而且可以逐步缩小解空间,降低运算的复杂度,同时也使检测的方法更加灵活,易于引入到其他自组装算法模型中。第二,利用链置换技术构建逻辑门运算模型。在DNA计算构建的纳米分子逻辑计算模型的基础上,添加了DNA链置换技术,从而可以解决更复杂的运算问题,完成了二级逻辑运算。实验中使用关键技术有DNA自组装、DNA链置换。主要是利用了不同的信号分子(输入链)去处理DNA自组装结构(其中包埋输出链),从而释放或者继续包埋输出链,而输出链释放与否可以通过聚丙烯凝胶电泳(PAGE)来检测,从而实现了二级逻辑运算功能。第一个模型与前人的模型比较还略显简单,存在一些不足有待提高,如模型中使用的DNA链是经过精心设计的,但是仍有可能发生错配现象。而且模型中的DNA自组装结构较简单,仅能实现简单的运算。因此还需要进一步提高DNA自组装结构的复杂度,才能使模型的通用性得到提升。第二个模型的实验结果很好,但是过程中仍存在错配、输出链释放不完全等等困难,需要我们进一步解决,可以是利用更高层次的链置换,或者是一些新的生物技术方法。我们也期待通过学科间的沟通,可以为DNA计算的研究的发展拓宽道路。