DNA自組裝邏輯運(yùn)算模型.pdf

1、近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展，其運(yùn)算能力得到極大的發(fā)展，在科學(xué)研究和工業(yè)領(lǐng)域中扮演越來越重要的作用。然而隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其所面臨的量子力學(xué)瓶頸和串行運(yùn)行方式的缺陷也日漸凸顯。發(fā)展新型計(jì)算機(jī)的需求日漸迫切，DNA計(jì)算機(jī)以其低功耗、高儲(chǔ)存和高并行性等優(yōu)點(diǎn)從眾多理論模型中脫穎而出。在Aldeman于1994年成功使用DNA計(jì)算實(shí)際解決了一個(gè)復(fù)雜計(jì)算問題以后，DNA計(jì)算一直是科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。
　　雖然 DNA計(jì)算相比傳統(tǒng)電子計(jì)算

2、具有諸多優(yōu)點(diǎn)并且近年來取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但仍處于理論研究階段。DNA計(jì)算要實(shí)用化仍要解決很多實(shí)際困難，如何將DNA計(jì)算實(shí)用化，是急需解決的問題。電子計(jì)算經(jīng)過多年的發(fā)展已相當(dāng)成熟，DNA計(jì)算通過模仿電子計(jì)算以達(dá)到實(shí)用化是可行的，在模仿電子計(jì)算的同時(shí)也應(yīng)該保持DNA計(jì)算的原有的優(yōu)點(diǎn)。邏輯運(yùn)算作為電子運(yùn)算中最為重要的運(yùn)算，是電子計(jì)算的基石。目前所存在的邏輯運(yùn)算模型，更多的是停留在理論上，不能夠在實(shí)驗(yàn)室完成。我們嘗試構(gòu)建一個(gè)在較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)條件下

3、能夠完成的DNA計(jì)算邏輯運(yùn)算模型，為DNA計(jì)算的實(shí)用化做出有益探索。我們首次構(gòu)建并驗(yàn)證了可在較簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)條件下完成的DNA邏輯運(yùn)算模型。
　　為了能夠在較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)條件下完成邏輯運(yùn)算，我們未采用測(cè)序、熒光等過于耗時(shí)或難于構(gòu)建的檢測(cè)手段，而采用DNA分子的長(zhǎng)度作為輸出，通過電泳作為檢測(cè)手段判斷體系中是否存在特定長(zhǎng)度的分子，這樣能夠經(jīng)濟(jì)快捷的檢測(cè)結(jié)果。在參考眾多的經(jīng)典模型，如粘貼模型、剪切模型等后，構(gòu)建了兩個(gè)邏輯運(yùn)算模型。首先是基于環(huán)狀

4、DNA分子的邏輯運(yùn)算模型。該模型利用環(huán)狀分子完成邏輯運(yùn)算，將特定的DNA內(nèi)切酶作為邏輯運(yùn)算的輸入，以環(huán)狀DNA分子作為邏輯運(yùn)算的運(yùn)算分子，以最后體系中是否存在特定長(zhǎng)度的DNA分子作為輸出。該模型具有簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，能夠在較短時(shí)間、較低成本的情況下實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算。但由于環(huán)狀分子不易合成且計(jì)算不夠自動(dòng)化，我們提出了基于自組裝的DNA邏輯運(yùn)算模型。利用DNA分子互補(bǔ)配對(duì)的特點(diǎn)，將帶有互補(bǔ)缺口的DNA雙鏈分子作為輸入，將特定的DNA內(nèi)切