基于DNA自組裝的計算模型和納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究.pdf

1、DNA自組裝技術(shù)的原理是不受外界力作用的DNA分子瓦片，依照Watson-Crick堿基互補配對原則，自發(fā)的聚集在一起生成大分子晶體構(gòu)成系統(tǒng)的過程。DNA分子是遺傳信息的載體，具有典型的納米尺度，其結(jié)構(gòu)單元穩(wěn)定靈活，編碼性好，可操作性強，并且并行計算能力強，這些特性使得基于DNA分子的自組裝技術(shù)在分子計算和納米結(jié)構(gòu)等方面都得到了很廣泛的應用。隨著人類需求的增多，傳統(tǒng)的自組裝技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了一些弊端，設(shè)計開發(fā)具有突出優(yōu)勢的自組裝技術(shù)已經(jīng)變得

2、迫在眉睫。
　　本文主要從分子計算領(lǐng)域和納米技術(shù)領(lǐng)域兩個方面探討了DNA自組裝技術(shù)的應用，首先從兩個方向闡述了DNA計算和DNA納米結(jié)構(gòu)兩個領(lǐng)域的研究背景，以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，其次提出了本文的研究內(nèi)容及其意義。然后，分析了基于DNA計算的可行性，并針對目前進展和面臨的問題，借助現(xiàn)有DNA瓦片的設(shè)計原理，詳細闡述了一種結(jié)構(gòu)簡單，對稱性強和穩(wěn)定性高的新型DNA單鏈瓦片，并通過設(shè)計理論模型，仿真和實驗的研究實現(xiàn)了DNA異或邏輯門，DNA

3、累加器，DNA加法器，DNA減法器，DNA乘法器和DNA除法器，證明了該瓦片具有通過編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和快速完成任意復雜計算任務的能力。接著，在現(xiàn)有新型DNA分層sub-tile策略設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計方案，利用NUPACK工具設(shè)計序列，得到了可編程的DNA瓦片，在理論和實驗兩方面闡述了分層sub-tile策略在構(gòu)造二維網(wǎng)格和三維納米管方面的可行性，進一步討論不同幾何形狀的瓦片對納米結(jié)構(gòu)形狀，尺寸和產(chǎn)率的影響，證實了本文所設(shè)計的模型