收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

DNA自组装在分子计算和纳米技术等方面应用的研究

钱璐璐  
【摘要】: 相比于传统的自上而下的形状构造方法,自下而上的自组装方法无疑是重要的新型结构(特别是纳米级结构)制造方法。对于DNA的知识、技术积累和DNA自身的编码能力使得基于DNA的自组装方法成为最有潜力的自组装方法。1989年,Seeman首次提出了一种十字形结构作为DNA自组装的基本单元。1994年,Adleman首次用一维线性DNA自组装解决了一个数学上的组合问题(哈密尔顿路径问题),证明了DNA分子潜在的计算能力,并由此开创了DNA计算(又称分子计算)领域。近十年中,DNA自组装在分子计算、生物物理、纳米技术等各个方面的潜力都得到了广泛的发掘。 本文主要针对DNA自组装在分子计算和纳米技术这两个领域的应用展开了研究,全文由以下四个部分组成: 第一部分绪论介绍了有关DNA的基础知识,DNA计算的研究背景和DNA自组装的研究背景。DNA的基础知识主要包括DNA的结构、DNA的操作以及DNA的检测和阅读,这部分的介绍不仅包括了常用的基本技术,也包括了新近发展起来的电化学DNA芯片、原子力显微镜等技术。DNA计算的研究背景主要介绍了两个经典实例,一个是Adleman实验,另一个是用DNA发夹结构来解决SAT问题。这两个算法的本质都是利用了DNA的自组装。DNA自组装的研究背景主要介绍了三种经典的自组装模块:DX模块、TX模块和十字形模块;同时介绍了2006年Rothemund发明的DNA折纸术,该发明无论在方法上还是技术上都是DNA自组装领域的巨大突破。 第二部分是DNA自组装在分子计算方面的应用。首先,本文提出了一种用一维线性DNA自组装的方法来实现两个非负二进制整数相加的算法。该算法只需要恒定的几个实验步骤,即对于n位二进制加法而言,实验步骤数并不随着n的增加而增加。与之前的各种DNA加法的算法相比,该算法具有更显著的简单易操作的优点。接着,在一维线性DNA自组装加法算法的基础上构造出DNA计算机加法器样机。该样机结合了微机电系统,用电化学DNA芯片将检测到的加法结果输出为电信号,且通过软件可以对整个实验系统进行调试。最后,本文还比较了电子计算机的发展历史和目前DNA计算机发展的阶段,作为对DNA计算领域的一个有趣的反思和展望。 第三部分是DNA自组装在纳米技术方面的应用。首先,本文用DNA在纳米尺度构造了中国地图形状。所构造的纳米结构由DNA折叠而成,直径约150纳米,分辨率约6纳米。通过原子力显微镜观测到的图形与设计图形几乎完全一致。该图形采用了基于DNA折纸术的构造原理,并进一步证明了DNA折纸术具有构造几乎任何复杂二维纳米级图形的能力,为基于自下而上方法的纳米构造技术提供了新方法。接着,本文就DNA折纸术的一个发展方向进行了更深入的研究:和DNA金属化相结合构造分子电子器件。电感是最基本的电子器件之一,因此本文以电感形状为目标折叠出宽度在20纳米以内的DNA纳米结构,并进一步讨论了DNA金属化的具体方案。 第四部分是总结与展望,回顾了本文所涉及的各项工作的内容和意义,并对将来可能的研究进展和发展方向做出了预测。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 朱红,钮俊,戴亚娥,王凤儒;一种解Job-Shop调度问题DNA算法的分离方法[J];哈尔滨理工大学学报;2003年06期
2 张征;刘洁;石晓龙;;基于DNA计算的分子下推自动机(英文)[J];计算机学报;2008年12期
3 石晓龙,许进;DNA计算与背包问题[J];计算机工程与应用;2003年27期
4 殷志祥,张家秀,许进;案例分析中的DNA计算[J];系统仿真学报;2003年10期
5 ;以研制出纳米级DNA计算机[J];科技广场;2002年03期
6 殷志祥,张凤月,许进;0-1规划问题的DNA计算[J];电子与信息学报;2003年01期
7 张家秀,殷志祥;离散数学中的DNA计算[J];计算机工程与应用;2003年28期
8 ;科学家探讨DNA计算机[J];世界科技研究与发展;1995年04期
9 韩腊萍,李燕;DNA计算方法在求解NP完全问题中的应用[J];华北工学院学报;2003年04期
10 马润年,张强,高琳,许进;图的最大权团的DNA计算[J];电子学报;2004年01期
11 侯新民;DNA计算机[J];海南师范学院学报(自然科学版);2001年01期
12 强晓艺;DNA计算及DNA计算机的研究进展[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2002年02期
13 肖绚,胡鸿豪;DNA计算模型发展分析[J];计算机应用;2004年09期
14 任立红,丁永生,邵世煌;DNA计算研究的现状与展望[J];信息与控制;1999年04期
15 李人厚,余文;关于DNA计算的基本原理与探讨[J];计算机学报;2001年09期
16 李书超,许进;基于DNA计算的RNA数字编码[J];计算机工程与应用;2003年05期
17 朱翔鸥;刘文斌;陈丽春;吴桂初;;一种实现三值逻辑电路的DNA计算模型[J];计算机科学;2008年02期
18 熊飞燕;;基于质粒分子数子集O(1.414~n)DNA计算机算法[J];电脑与信息技术;2008年04期
19 刘文斌,许进;赋权Hamilton路的DNA计算模型[J];系统工程与电子技术;2002年06期
20 范忠骏,王波,于玲;一种DNA计算系统的有限自动机模型[J];上海理工大学学报;2004年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李郝林;;DNA遗传信息模型在生产调度问题中的应用[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
2 裴仁军;;基于脱氧核酶的生物网络模块的研究[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
3 刘洪宇;游自立;霍家佳;张文政;;DNA编码的计算机筛选策略研究[A];第十一届保密通信与信息安全现状研讨会论文集[C];2009年
4 霍家佳;游自立;刘洪宇;;DNA编码技术探讨[A];第十一届保密通信与信息安全现状研讨会论文集[C];2009年
5 林晓梅;王盛慧;金星;张袅娜;;一种新型计算方法:DNA计算[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
6 张雷;杨大地;刘冬兵;刘凌晨;;DNA遗传算法在M-TSP问题中的应用[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
7 孙伟;周灿;徐春虎;房晨婕;张超;李占先;严纯华;;构筑具有用户识别能力的分子计算平台[A];中国化学会第26届学术年会无机与配位化学分会场论文集[C];2008年
8 董亚非;谭刚军;张社民;;基于粘贴系统求解TSP问题[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
9 邢永政;程恩隽;刘冬生;;一种基于DNA自组装的双重响应性水凝胶的构建[A];中国化学会第27届学术年会第16分会场摘要集[C];2010年
10 刘志昌;周成合;白雪;;含硫苯并咪唑环番的合成和分子识别[A];中国化学会第四届有机化学学术会议论文集(上册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 钱璐璐;DNA自组装在分子计算和纳米技术等方面应用的研究[D];上海交通大学;2007年
2 赵健;几种DNA计算模型及其实现[D];上海交通大学;2007年
3 王淑栋;四类DNA计算模型中一些理论与应用的研究[D];华中科技大学;2004年
4 董亚非;若干DNA计算粘贴模型的研究[D];华中科技大学;2004年
5 陶吉利;基于DNA计算的遗传算法及应用研究[D];浙江大学;2007年
6 曲惠琴;DNA计算若干问题研究[D];复旦大学;2005年
7 张征;分子下推自动机理论及应用研究[D];华中科技大学;2007年
8 张凤月;0-1规划和排课表问题的DNA计算模型研究[D];华中科技大学;2004年
9 刘兴长;大规模并行计算机光互连网络研究[D];重庆大学;2008年
10 韩爱丽;赋权图上优化问题的DNA计算方法研究[D];山东大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 林闽琦;DNA自组装计算模型研究及其在图着色问题中的应用[D];湖南大学;2009年
2 张倩;基于生物技术的分子计算模型应用研究[D];陕西师范大学;2011年
3 李宏;人工神经网络的DNA计算模型的研究[D];北京工业大学;2003年
4 汤立伟;基于IC的DNA计算算法的仿真与实现[D];北京邮电大学;2007年
5 鲍士军;基于DNA计算的NP问题研究[D];安徽理工大学;2009年
6 乔柱;利用DNA长度编码实现分子计算[D];电子科技大学;2010年
7 蔡丽;基于双资源制约的DNA遗传算法研究[D];大连交通大学;2010年
8 刘宏坤;DNA计算在NP问题中的应用及程序模拟[D];吉林大学;2006年
9 仲国强;分子元胞自动机的DNA自组装实现[D];北京工业大学;2007年
10 刘毅;基于DNA计算的求解背包问题的方法研究[D];武汉科技大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 加光;分子计算电路将取代芯片工厂[N];大众科技报;2000年
2 本报记者 宋剑峰;开发DNA的计算潜能[N];中国高新技术产业导报;2002年
3 徐彬;DNA计算机离我们究竟有多远?[N];南方周末;2004年
4 徐彬;神秘的中国首台DNA计算机[N];南方周末;2004年
5 陈细木;顶尖科学家眼中的未来IT(上)[N];电脑报;2002年
6 周游;生物计算机:“试管”里的奇迹[N];计算机世界;2004年
7 道平;IT史话 DNA计算机发展之路(上)[N];电脑报;2004年
8 叶平;DNA电脑的实现不是科学幻想[N];大众科技报;2005年
9 胡德荣;我国首台计算机问世[N];中国医药报;2004年
10 清水;有机计算为计算赋予生命[N];计算机世界;2003年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978