基于DNA自組裝的計算模型和納米結構的設計與研究.pdf

1、DNA自組裝技術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，其結構單元穩(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分子的自組裝技術在分子計算和納米結構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)的自組裝技術已經(jīng)出現(xiàn)了一些弊端，設計開發(fā)具有突出優(yōu)勢的自組裝技術已經(jīng)變得

2、迫在眉睫。
　　本文主要從分子計算領域和納米技術領域兩個方面探討了DNA自組裝技術的應用，首先從兩個方向闡述了DNA計算和DNA納米結構兩個領域的研究背景，以及國內外研究現(xiàn)狀，其次提出了本文的研究內容及其意義。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瓦片的設計原理，詳細闡述了一種結構簡單，對稱性強和穩(wěn)定性高的新型DNA單鏈瓦片，并通過設計理論模型，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策略設計思想的基礎上，按照設計方案，利用NUPACK工具設計序列，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構形狀，尺寸和產(chǎn)率的影響，證實了本文所設計的模型