基于DNA表面的分子逻辑门的研究

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在21世纪的高科技时代,电子计算机已经成为人们工作乃至生活各个方面都不可缺少的一部分。而一台计算机的内部实际上是由许许多多个数字电路组成,而数字电路可以看作是用电子器件实现的逻辑门网络。逻辑门可执行一个关于一个或者多个逻辑输入的逻辑运算,并产生一个逻辑输出。与数字电路相似,如果用分子来描述逻辑门、输入和输出信号,进而实现分子水平上的逻辑操作,这样的“门”就成为分子逻辑门,所以,逻辑门的设计是设计数字电路甚至计算机的关键步骤。本文是一种生物的方式对分子逻辑门进行设计。  DNA计算是近年来新兴的一种生物分子计算方法,它是以DNA以及其相关的生物酶作为基本材料,并基于一些生化反应原理进行计算。本文就是利用DNA表面的生物计算来设计布尔逻辑门。DNA计算的机理是利用DNA的特殊双螺旋结构和碱基互补原则进行信息的编码,把要进行的对象映射成DNA分子链,在一些相关生物酶作用下生成各种完备的数据池,再按照一定的规则将初始问题的数据运算高度并行地映射成一种可控的生化过程。最后利用各种生物分子技术检测出所需要的计算结果。这种DNA计算模型为背景设计出的计算机就称为DNA计算机,其的优点在于海量的存储容量和高速的并行运算速度。  本文从DNA计算的角度分两种方法对分子逻辑门进行设计。第一种是基于分子信标设计分子逻辑门,第二种是在分子信标的基础上,将纳米金与分子信标结合设计逻辑门。这两种方法都有各自的优缺点。对于这种新型的计算模型,优势是很明显的,但也面临着很多挑战,我们只有不断的深入研究,才能克服这些困难,以至于未来可以更好的利用这几种计算方法。
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