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分子信标在DNA计算中的应用

崔建中  
【摘要】: DNA计算是一种以DNA与相关的某些生物酶等作为最基本材料的、基于某些生化反应原理的一种新型的分子生物计算方法。DNA计算的基本思想是:利用DNA特殊的双螺旋结构和碱基互补配对规律进行信息编码,把要运算的对象映射成DNA分子链,在生物酶的作用下,生成各种数据池(data pool),然后按照一定的规则将原始问题的数据运算高度并行地映射成DNA分子链的可控的生化过程。最后,利用分子生物技术如聚合链反应PCR、超声波降解、亲和层析、克隆、诱变、分子纯化、电泳、磁珠分离等,检测所需要的运算结果。DNA计算的最大优点是充分利用海量的DNA分子中的遗传密码,以及巨大的并行性。因而,以DNA计算模型为背景而产生的所谓的新一代计算机,称为DNA计算机,必有海量的存储以及极快的运行速度。在DNA计算系统中,DNA分子中的密码作为存储的数据,当DNA分子间在某种酶的作用下瞬间完成某种生物化学反应时,可以从一种基因代码变为另一种基因代码。如果将反应前的基因代码作为输入数据,那么反应后的基因代码就可以作为运算结果。这样,通过对DNA双螺旋进行丰富的精确可控的化学反应,包括标记、扩增或者破坏原有链来完成各种不同的运算过程,就可能研制成一种以DNA作为芯片的DNA计算机。 本文从DNA计算所使用的DNA分子构形角度,对目前主流的计算模型:表面计算模型,粘贴计算模型以及质粒计算模型进行了介绍。文中尝试利用粘贴模型解决DNA计算领域内的时间复杂度转化为空间复杂度问题,给出了一个最大独立集问题的实例,所提出的计算模型初始数据池仅含有一种DNA分子。此外,文中还尝试了利用新型的生物分子—分子信标,肽核酸对DNA计算的结果进行检测,布尔电路模拟。本文提出的方法计算可靠性高,读解简单,无须记录中间计算结果。


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