基于DNA折紙技術的分子計算模型研究.pdf

1、近年來，隨著量子計算、光子計算、納米計算等新興計算領域的快速發(fā)展，DNA納米計算的研究已經(jīng)成為前沿熱點。納米計算憑借其天然的微觀分子特異性效應，在新型高性能計算的發(fā)展中有著舉足輕重的地位。DNA自組裝折紙技術的發(fā)展為納米微觀操控奠定了堅實的基礎，拓展了新的維度。基于DNA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能力，已被廣泛應用于復雜計算、信息處理、特異識別、納米機器、數(shù)據(jù)存儲、密碼技術、生物芯片、分子檢測等方面

2、。其中，結合納米顆粒技術的分子計算信息處理方法也逐漸引起學者們的重視。
　　本論文主要利用SARSE、CADNano等軟件將計算模型設計編碼為DNA鏈，并利用C語言檢測關鍵運算鏈的沖突以及穩(wěn)定性并改進編碼方案。通過設計的DNA鏈自組裝形成DNA折紙、鏈置換實現(xiàn)計算，輔以DNA納米折紙芯片技術和納米顆粒等的操控手段，將DNA折紙與分子計算相結合，分別對納米密碼計算模型和分子邏輯門進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)求解計算模型。該計算模型將計算機科學中的成型理論方法和納米技術相結合，對基于DNA納米芯片技術的分子計算模型展開研究。Ramsey數(shù)在邏輯分析中起著重要作用，由于其解空間的復雜性目前僅找到了9個Ramsey數(shù)，DNA計算強大的并行性在解決NP完全問題方面取得了突破，我們使用將三角形轉換為頂點的圖形轉換模型提供一個新的分子模型。在構建的計算模型中，我們利用納米金顆粒(Gold nanoparticle，AuNP)

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