DNA自組裝邏輯運算模型.pdf

1、近年來，隨著電子計算機不斷發(fā)展，其運算能力得到極大的發(fā)展，在科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域中扮演越來越重要的作用。然而隨著電子計算機的發(fā)展，其所面臨的量子力學(xué)瓶頸和串行運行方式的缺陷也日漸凸顯。發(fā)展新型計算機的需求日漸迫切，DNA計算機以其低功耗、高儲存和高并行性等優(yōu)點從眾多理論模型中脫穎而出。在Aldeman于1994年成功使用DNA計算實際解決了一個復(fù)雜計算問題以后，DNA計算一直是科學(xué)界研究的熱點。
　　雖然 DNA計算相比傳統(tǒng)電子計算

2、具有諸多優(yōu)點并且近年來取得了長足的進步，但仍處于理論研究階段。DNA計算要實用化仍要解決很多實際困難，如何將DNA計算實用化，是急需解決的問題。電子計算經(jīng)過多年的發(fā)展已相當(dāng)成熟，DNA計算通過模仿電子計算以達到實用化是可行的，在模仿電子計算的同時也應(yīng)該保持DNA計算的原有的優(yōu)點。邏輯運算作為電子運算中最為重要的運算，是電子計算的基石。目前所存在的邏輯運算模型，更多的是停留在理論上，不能夠在實驗室完成。我們嘗試構(gòu)建一個在較簡單的實驗條件下

3、能夠完成的DNA計算邏輯運算模型，為DNA計算的實用化做出有益探索。我們首次構(gòu)建并驗證了可在較簡單實驗條件下完成的DNA邏輯運算模型。
　　為了能夠在較簡單的實驗條件下完成邏輯運算，我們未采用測序、熒光等過于耗時或難于構(gòu)建的檢測手段，而采用DNA分子的長度作為輸出，通過電泳作為檢測手段判斷體系中是否存在特定長度的分子，這樣能夠經(jīng)濟快捷的檢測結(jié)果。在參考眾多的經(jīng)典模型，如粘貼模型、剪切模型等后，構(gòu)建了兩個邏輯運算模型。首先是基于環(huán)狀

4、DNA分子的邏輯運算模型。該模型利用環(huán)狀分子完成邏輯運算，將特定的DNA內(nèi)切酶作為邏輯運算的輸入，以環(huán)狀DNA分子作為邏輯運算的運算分子，以最后體系中是否存在特定長度的DNA分子作為輸出。該模型具有簡單實用、易于實現(xiàn)的特點，能夠在較短時間、較低成本的情況下實現(xiàn)邏輯運算。但由于環(huán)狀分子不易合成且計算不夠自動化，我們提出了基于自組裝的DNA邏輯運算模型。利用DNA分子互補配對的特點，將帶有互補缺口的DNA雙鏈分子作為輸入，將特定的DNA內(nèi)切