基于动态DNA折纸的逻辑计算研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Liujc
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随着芯片制造工艺不断升级,晶体管的体积已向纳米级延伸,越来越接近物理极限,摩尔定律也逐步走向终结。由于DNA具有结构稳定、尺寸可变等特点,科学家将目光锁定在了 DNA身上,DNA纳米技术已成为很多科研人员探索的热点之一。1994年,美国加利福尼亚大学Adleman博士开创性的提出基于生物化学反应求解哈密顿回路问题的DNA分子计算模型,拉开了 DNA计算的序幕。DNA折纸技术又为纳米微观控制的实现添砖加瓦。本文介绍了 DNA纳米领域中折纸的研究现状,以及国内外对DNA折纸技术的研究成果。首先借助NUPACK、caDNAno等工具进行设计,完成了以DNA为材料的三维DNA折纸的设计和实现。之后利用DNA序列的碱基互补特性,实现DNA逻辑门的运算。最后对DNA折纸结构设计,将实现逻辑运算的DNA链固定在DNA折纸上,通过对DNA折纸的微观调控,实现基于动态DNA折纸的逻辑计算。实验使用琼脂糖凝胶电泳、实时荧光PCR、透射电子显微镜等方法,对结构模型的实现进行了多层次的研究。一是DNA折纸的设计和实现,基于DNA自组装技术,将很多条经过设计的订书针链和一条环状单链(骨架链)通过碱基互补配对实现组装。二是调控位点的设计和实现,通过对触发位点和识别位点的设计,实现结构的动态操作。三是动态控制逻辑计算的设计和实现。在触发位点和识别位点上分别实现逻辑计算,即当加入触发链时,DNA链之间经过反应,最终释放报告信号,实现结构调控的逻辑计算。本文借助DNA折纸的可编程和可定位特性,实现了DNA折纸逻辑计算由静态到动态的转变。不仅可用于药物载送和疾病诊疗,也将为生物芯片、信息处理、纳米机器、生物医药等领域带来新的突破。
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