基于分子信标的逻辑门研究

摘要

DNA计算是继电子计算后的一门新的生物计算方式。随着电子计算机的尺度逐渐接近瓶颈，并且电子计算机不能很好地解决NP问题和NP难问题，各种不同类型计算机的研制开始受到人们的关注。而DNA计算具有存储量大，以及高度并行性等优点，可以较好地解决数学中的一些NP问题。近年来，越来越多的研究者开始关注DNA计算问题，并利用DNA分子解决了一些在电子计算中难以解决的问题，为生物计算机的研制提供了美好的前景。
　　逻辑电路系统在电子计算中有重要的作用，也是进行各种运算的前提。同样在DNA计算机的研制过程中，逻辑门作为最基本的运算结构，也是解决更复杂问题的前提条件。近年来，人们开始利用DNA结构所具有的碱基互补配对的特点，来构建不同的分子逻辑门。对于分子逻辑门的研究，许多学者提出了用粘贴模型，表面模型等来解决分子逻辑门的问题。这些方法主要是根据反应结果中DNA分子所具有的单双链状态来实现逻辑值的判断。在试验结果的检测中，主要是对DNA进行测序，来判断逻辑真值，易出现因错误杂交而产生的误差，且灵敏度不高。本文结合DNA所具有的杂交互补的灵活性，利用分子信标的特点，通过设计特殊的DNA结构，将分子信标作为输入信号，以DNA结构作为基本结构，从而实现了逻辑门的构造。
　　该方法的创新之处在于，它将分子信标用到逻辑门的设计中，主要通过反应溶液中荧光强度的强弱来进行逻辑结果的检测。这在之前的分子逻辑电路设计中是没有出现过的，它的设计方式拓宽了用DNA分子构造逻辑电路输入信号的范围。该逻辑门模型的检测方法灵敏度高，且操作简单。它对碱基错配的要求不太严格，在一定程度上减少了杂交竞争给实验结果带来的影响。但是该方法还需要进一步改进的是，作为在溶液中进行杂交反应，由于反应前的溶液中含有荧光，仍然存在着因反应不充分所带来的误差。

目录

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摘要

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引言

1 绪论

1．1 论文的选题背景和意义

1．2 DNA计算研究的进展和成果

1．2．1 DNA计算的研究进展

1．2．2 分子逻辑门研究进展

1．2．3 多值逻辑的研究进展

1．3 论文的研究工作和创新点

1．3．1 论文的研究工作

1．3．2 论文的主要创新点

2 DNA计算的基础知识和计算模型

2．1 DNA的分子结构和DNA计算的基本原理

2．1．1 DNA的分子结构

2．1．2 DNA计算的基本原理

2．2 DNA计算中的基本操作

2．3 DNA自组装模型的发展

2．4 本章小结

3 基于分子信标的布尔逻辑门设计

3．1 简介

3．2 布尔逻辑电路

3．3 分子信标

3．3．1 分子信标的基本结构和反应原理

3．3．2 影响分子信标的因素

3．3．3 分子信标的研究进展

3．4 基于分子信标的布尔逻辑门设计

3．4．1 基于DNA环状结构的简单逻辑门的设计

3．4．2 基于DNA环状结构的复合逻辑门构造

3．5 本章小结

4 基于分子信标的三值逻辑门计算模型

4．1 三值逻辑的简介

4．2 发夹结构

4．3 基于DNA计算的三值逻辑与门的构造

4．3．1 三值逻辑与门的定义

4．3．2 与门逻辑值的判断准则

4．3．3 与门的DNA计算模型

4．3．4 与门的计算模型的检测

4．4 本章小结

总结

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表的论文