基于DNA折紙技術(shù)的分子計(jì)算模型研究.pdf

1、近年來，隨著量子計(jì)算、光子計(jì)算、納米計(jì)算等新興計(jì)算領(lǐng)域的快速發(fā)展，DNA納米計(jì)算的研究已經(jīng)成為前沿?zé)狳c(diǎn)。納米計(jì)算憑借其天然的微觀分子特異性效應(yīng)，在新型高性能計(jì)算的發(fā)展中有著舉足輕重的地位。DNA自組裝折紙技術(shù)的發(fā)展為納米微觀操控奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，拓展了新的維度?；贒NA自組裝的納米芯片具有微觀可編程操控性、巨大并行性和高密度信息存儲(chǔ)能力，已被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜計(jì)算、信息處理、特異識(shí)別、納米機(jī)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、密碼技術(shù)、生物芯片、分子檢測(cè)等方面

2、。其中，結(jié)合納米顆粒技術(shù)的分子計(jì)算信息處理方法也逐漸引起學(xué)者們的重視。
　　本論文主要利用SARSE、CADNano等軟件將計(jì)算模型設(shè)計(jì)編碼為DNA鏈，并利用C語言檢測(cè)關(guān)鍵運(yùn)算鏈的沖突以及穩(wěn)定性并改進(jìn)編碼方案。通過設(shè)計(jì)的DNA鏈自組裝形成DNA折紙、鏈置換實(shí)現(xiàn)計(jì)算，輔以DNA納米折紙芯片技術(shù)和納米顆粒等的操控手段，將DNA折紙與分子計(jì)算相結(jié)合，分別對(duì)納米密碼計(jì)算模型和分子邏輯門進(jìn)行多角度多層次研究。
　　一、基于金顆粒自組裝

3、的拉姆齊(Ramsey)數(shù)求解計(jì)算模型。該計(jì)算模型將計(jì)算機(jī)科學(xué)中的成型理論方法和納米技術(shù)相結(jié)合，對(duì)基于DNA納米芯片技術(shù)的分子計(jì)算模型展開研究。Ramsey數(shù)在邏輯分析中起著重要作用，由于其解空間的復(fù)雜性目前僅找到了9個(gè)Ramsey數(shù)，DNA計(jì)算強(qiáng)大的并行性在解決NP完全問題方面取得了突破，我們使用將三角形轉(zhuǎn)換為頂點(diǎn)的圖形轉(zhuǎn)換模型提供一個(gè)新的分子模型。在構(gòu)建的計(jì)算模型中，我們利用納米金顆粒(Gold nanoparticle，AuNP)

4、自組裝設(shè)計(jì)特異識(shí)別頂點(diǎn)，以便檢測(cè)解決方案的可行性，并利用計(jì)算機(jī)仿真模擬檢測(cè)效果和解空間覆蓋率。最后，通過驗(yàn)證Ramsey定理的逆否命題，證明4(3，3)為非解。
　　二、基于DNA折紙上動(dòng)態(tài)排布金顆粒構(gòu)建的分子邏輯門。分子邏輯門通過DNA鏈與特定位點(diǎn)的置換關(guān)系和特異性修飾，實(shí)現(xiàn)納米顆粒的定點(diǎn)操控、定點(diǎn)釋放，由此作為一種通用的信息計(jì)算元件?；谠摬呗越⒘艘唤MDNA分子邏輯門（與，或和三輸入多數(shù)門），其中計(jì)算結(jié)果通過AuNP和DNA