DNA計算在邏輯門中的應用.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、繁殖、疾病、衰老以及死亡都有根本性關系。隨著人類基因組測序工作的完成，基因計算以及基因計算機成為國際計算機界的重要研究方向。因此，基因作為計算機的輸入信號，尤其是用分子信標來實現(xiàn)計算機的邏輯門運算，引起更多學者的研究。
　　近幾年，量子計算機、生物計算機

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

3、、莖部與莖部的結(jié)合，迫使兩個分子信標發(fā)生構(gòu)象變化，即熒光基團與猝滅基團結(jié)合，發(fā)生熒光被猝滅現(xiàn)象。當無分子信標輸入時，原媒介中已有一個已經(jīng)發(fā)生構(gòu)象反應的分子信標，因此會有熒光顯現(xiàn)。此模型解決了邏輯門的非門。此操作簡單易行，便于觀察和記錄。利用此方法還解決了邏輯異或門。
　　二是把分子信標作為粘貼串解決了部分邏輯門的DNA計算。即分子信標的環(huán)與存儲鏈（等同于靶細胞）發(fā)生退火反應，此時分子信標發(fā)生構(gòu)象變化，熒光得以顯現(xiàn)。此模型實現(xiàn)了邏輯

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