纳米材料DNA模板序列的计算机辅助生成系统研究与实现

摘要

在研究使用生物方法制备纳米材料的过程中，如何产生相应的DNA模板来产生纳米材料的“框架”是非常重要的一个环节。由于DNA模板具有多种的形状和拓扑结构，同时也包含有上百个碱基，而碱基之间也有着各种相互的关系和限制条件，如果根据需要的模板的形状来人工的指定碱基序列无疑是一项非常庞大且繁杂的工作，所以可以利用计算机来完成这项工作。本文首先对于使用DNA的自组织特性作为制备纳米材料模板的基础理论做了简要的介绍。同时对于文中涉及到的相关生物学知识及DNA模板的结构和概念，对于Motif的结构层次以及各个层次之间的关系进行了一定的描述，总结了在生物学范畴中所提出的序列生成的各项限制条件，并举例说明。然后文章对于系统的研究和实现进行了一定的分析，包括设计目标定义、需求总结分析、系统框架设计等等。在系统的详细设计和实现中，文章对系统的三大模块分别进行了深入的探讨：输入模块讨论了如何使用基于JWF用户向导框架输入数据或者从直接从XML导入数据，然后使用解析器将数据转换为系统的内部数据结构。生成算法模块首先建立了一套统一Motif数据结构(UMDS)，然后介绍了使用基于该结构的改进深度优先搜索算法进行碱基生成的原理、设计以及流程。输出模块着重讨论了模块Motif图形的类的设计以及Moif绘制的流程。模块按照用户在输入模块中输入的参数，结合一些数学的方法绘制出Motif的形状图形，然后将绘制的Motif与输出的序列关联起来。最后对系统进行了总结，并探讨了系统可能的应用和扩展。

目录

文摘

英文文摘

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第一章研究背景和意义

1.1问题的提出

1.2研究背景

1.2.1纳米材料

1.2.2生物信息学

1.3研究的意义

1.4本文的主要工作

1.5本章小结

第二章研究思路与相关技术介绍

2.1研究思路

2.1.1 DNA的模板

2.1.2用于制作模板的Motif

2.1.3 Motif的碱基填充

2.2相关技术介绍

2.2.1 Java Wizard Framework(JWF)

2.2.2 DOM4J

2.2.3搜索算法

2.2.4 SVG介绍

2.3本章小结

第三章系统分析

3.1系统设计目标

3.2需求列表

3.3框架设计

3.4系统基本流程

3.5开发环境

3.6本章小结

第四章系统的详细设计与实现

4.1输入模块

4.1.1界面结构

4.1.2输入数据

4.1.3输入数据解析

4.2碱基生成算法

4.2.1算法的设计目标

4.2.2统一Motif数据结构(UMDS)

4.2.3基于UMDS的功能描述

4.2.4算法描述

4.3输出模块

4.3.1设计目标

4.3.2使用SVG

4.3.3类的设计

4.3.4绘制Motif

4.3.5输出序列

4.3.6事件处理

4.4本章小结

第五章应用示例

5.1一个完整的例子

5.2本章小结

第六章总结与应用前景

6.1总结

6.2扩展和应用前景

参考文献

在校期间发表的论文

致谢