DNA計(jì)算在邏輯門中的應(yīng)用.pdf

1、脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)是一類重要的生物大分子，是遺傳信息的攜帶者和傳遞者。攜帶特定遺傳信息的功能DNA片段被稱為基因，它與生物體的生長(zhǎng)、繁殖、疾病、衰老以及死亡都有根本性關(guān)系。隨著人類基因組測(cè)序工作的完成，基因計(jì)算以及基因計(jì)算機(jī)成為國(guó)際計(jì)算機(jī)界的重要研究方向。因此，基因作為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào)，尤其是用分子信標(biāo)來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的邏輯門運(yùn)算，引起更多學(xué)者的研究。
　　近幾年，量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)

2、、DNA計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展?jié)撡|(zhì)引起了科學(xué)家們的好奇，他們紛紛前來研究。以生物大分子DNA計(jì)算(DNA computing)為主體的生物計(jì)算研究力度最大，緣于其具有大規(guī)模的并行計(jì)算能力和潛在的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，使其成為非傳統(tǒng)高性能計(jì)算的重要途徑之一。本論文基于以上DNA的優(yōu)點(diǎn)，做了如下研究:
　　首先設(shè)計(jì)了特殊的分子信標(biāo)，結(jié)合鏈置換模型，利用其中一個(gè)分子信標(biāo)置換另一個(gè)已經(jīng)發(fā)生構(gòu)象的分子信標(biāo)，可發(fā)生分子信標(biāo)之間的堿基互補(bǔ)現(xiàn)象。由于環(huán)部與環(huán)部

3、、莖部與莖部的結(jié)合，迫使兩個(gè)分子信標(biāo)發(fā)生構(gòu)象變化，即熒光基團(tuán)與猝滅基團(tuán)結(jié)合，發(fā)生熒光被猝滅現(xiàn)象。當(dāng)無分子信標(biāo)輸入時(shí)，原媒介中已有一個(gè)已經(jīng)發(fā)生構(gòu)象反應(yīng)的分子信標(biāo)，因此會(huì)有熒光顯現(xiàn)。此模型解決了邏輯門的非門。此操作簡(jiǎn)單易行，便于觀察和記錄。利用此方法還解決了邏輯異或門。
　　二是把分子信標(biāo)作為粘貼串解決了部分邏輯門的DNA計(jì)算。即分子信標(biāo)的環(huán)與存儲(chǔ)鏈（等同于靶細(xì)胞）發(fā)生退火反應(yīng)，此時(shí)分子信標(biāo)發(fā)生構(gòu)象變化，熒光得以顯現(xiàn)。此模型實(shí)現(xiàn)了邏輯

4、門的或門計(jì)算。該模型擁有以往普通粘貼模型的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還擁有易于觀察和更準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。本章中還利用單雙鏈相結(jié)合的現(xiàn)象也實(shí)現(xiàn)了或門的模型計(jì)算。
　　三是利用DNA自組裝和粘貼模型解決了AND門和與非門。AND門是應(yīng)用分子信標(biāo)與分子信標(biāo)之間的自組裝得以實(shí)現(xiàn)的;與非門是應(yīng)用自組裝和粘貼模型的有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。
　　最后給出了分子信標(biāo)與吡啶二聚物實(shí)現(xiàn)了邏輯非門，此種方法是應(yīng)用堿基G-G在吡啶二聚物的存在下能配對(duì)。該模型的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，