【摘 要】
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DNA自组装已成为构建纳米结构的有力工具,并被广泛应用于构建各种二维和三维物体。在众多的自组装策略中,DNA折纸术因其优异的空间可寻址性在分子工程领域表现出极大的应用潜力。与基于溶液的模型相比,基于折纸基底的模型具有反应速度快,模块化程度高等优势。本文基于折纸基底设计了四种DNA计算模型,主要研究内容如下,第一,介绍了 DNA计算的研究现状和意义。分析了当前DNA计算所具备的优势。介绍了 DNA的
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DNA自组装已成为构建纳米结构的有力工具,并被广泛应用于构建各种二维和三维物体。在众多的自组装策略中,DNA折纸术因其优异的空间可寻址性在分子工程领域表现出极大的应用潜力。与基于溶液的模型相比,基于折纸基底的模型具有反应速度快,模块化程度高等优势。本文基于折纸基底设计了四种DNA计算模型,主要研究内容如下,第一,介绍了 DNA计算的研究现状和意义。分析了当前DNA计算所具备的优势。介绍了 DNA的常见的操作手段以及基本的反应原理。第二,提出了基于纳米粒子的0-1背包问题模型。该模型中,将折纸基底上由纳米粒子组成的路径映射为背包问题的解,路径上的纳米粒子的个数表示输出的结果。当模型开始求解后,沿路径上依次发生DNA链置换反应,路径上的纳米粒子会随着反应逐渐与DNA折纸基底分离,从而排除非解。第三,利用空间定位,提出了一种高效求解特殊0-1规划问题的策略。不同决策变量映射到折纸基底上不同位置,使得DNA链种类不会随着决策变量的增加而增加,该模型仅用7种DNA链即可求解特殊0-1规划问题。第四,结合两种不同的自组装方法实现大规模逻辑电路。DNA折纸基底与纳米粒子相结合来解决复杂的逻辑电路。一条DNA链附着在纳米粒子上,形成一个逻辑单元。正如逻辑单元之间的组合可以形成逻辑电路一样,纳米粒子之间的组合也可以用来构建逻辑电路。第五,建立了基于杂交链式反应的DNA开关电路用于求解数字计算。模型将传输线映射为附着在DNA折纸基底上的发夹结构。电路的开关映射为溶液中.大量存在的发夹结构。基于DNA开关电路实现了全减器和三输入异或函数。总的来说,基于DNA折纸基底设计了四种计算模型,包括了基于纳米颗粒的0-1背包问题、基于空间定位的0-1规划问题、基于纳米颗粒的复杂逻辑电路和基于杂交链式反应的开关电路。这四种计算模型为构建DNA计算机提供了新思路。图[24]表[4]参[61]
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