结合化学物质和分子技术来模拟基于硅晶体的计算机,在科学领域中已经受到了广泛的关注。分子逻辑门可以执行布尔逻辑操作,并且这些布尔逻辑操作代表着现代计算机的基本操作原理,因此,很大地促进了分子逻辑门的发展。由于DNA分子结构和功能性是多样化的,因此DNA分子就成为了构建分子逻辑门的潜在材料。在本论文中,我们主要致力于DNA逻辑门的构建以及应用的研究,主要开展了以下两个方面的研究工作:1.富含G碱基的DNA序列通过互补杂交作用锁在三链分子信标中,加入输入物质(单链DNA)后,发生杂交取代反应,导致三链分子构型发生转变,使得富含G碱基的DNA序列被释放出来,在血红素(hemin)存在时,释放出来的富含G碱基的DNA序列自组装形成类似辣根过氧化酶活性的G-四链体-hemin,G-四链体-hemin催化H2O2氧化四甲基联苯胺(TMB)显色为逻辑门的输出信号。因此,以三链信标分子为基本元件、单链DNA为输入,TMB显色为输出信号,构建了OR、XOR、INHIBIT和AND逻辑门,进而结合AND和XOR构建了可执行OR布尔逻辑操作的复合逻辑门MC。以上逻辑门的逻辑输出信号用肉眼就可以观察,是一个灵活、经济且简单的DNA逻辑器件构建方法。2.提出一种基于金属离子调控核酸外切酶III剪切作用的DNA比色逻辑门构建方法,该方法具有操作简单、可行性高以及非常经济的优点。含有T-T或者C-C错配碱基的双链DNA不能被核酸外切酶III剪切,但是,当Hg2+或者Ag+存在时,通过T-Hg2+-T或者C-Ag+-C作用形成的一端3′终端完全匹配的双链DNA则可以被核酸外切酶III剪切并释放出一条单链DNA,释放出的单链DNA可与信号探针DNA(两条富含G碱基的序列)杂交形成G-四链体结构,进而与hemin结合形成G-四链体-hemin,而催化H2O2氧化TMB显色,基于此原理,我们以Hg2+和Ag+作为输入物质,TMB显色作为输出信号,构建了OR、AND、INHIBIT和XOR逻辑门。另外,被核酸外切酶III剪切释放出的单链DNA也可与另一种信号探针DNA(自组装形成的G-四链体)发生杂交取代反应,破坏G-四链体结构,因而不能与hemin结合形成G-四链体-hemin,无法催化TMB显色,基于此原理,我们以Hg2+和Ag+作为输入物质,TMB显色作为输出信号,构建了NOR、NAND、IMPLICATION和XNOR逻辑门。而且,本方法构建的OR逻辑门还实现了对重金属离子Hg2+和Ag+的逻辑检测,具有良好的逻辑应用前景。