【摘 要】
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随着人们对计算机需求的提高,出现了传统的计算机难以解决的复杂问题。一是信息处理规模的增加,对计算机数据存储的能力要求增加。二是近期全球芯片的短缺,让我们意识到提高芯片制作速度的重要性。由此而出现的DNA计算是解决两类问题的新技术,DNA四种碱基的排列组合扩大了信息存储量;DNA链的自组装和置换功能可以快速的完成DNA芯片的制作。DNA逻辑芯片是DNA计算的重要组成部分。DNA芯片包含芯片支持物、D
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随着人们对计算机需求的提高,出现了传统的计算机难以解决的复杂问题。一是信息处理规模的增加,对计算机数据存储的能力要求增加。二是近期全球芯片的短缺,让我们意识到提高芯片制作速度的重要性。由此而出现的DNA计算是解决两类问题的新技术,DNA四种碱基的排列组合扩大了信息存储量;DNA链的自组装和置换功能可以快速的完成DNA芯片的制作。DNA逻辑芯片是DNA计算的重要组成部分。DNA芯片包含芯片支持物、DNA探针,并将DNA探针固化于支持物表面。根据支持物的不同,将DNA芯片分为DNA无机芯片与DNA有机芯片。DNA无机芯片常用的支持物为硅片、玻璃等;DNA有机芯片常用的支持物为尼龙膜、聚丙烯膜等。本文借助于caDNAno、NUPACK等进行设计,通过DNA链的自组装,完成了以DNA为材料的DNA芯片支持物的设计与实现,此设计归属于DNA有机芯片支持物的创新;并将DNA逻辑计算模型编码为DNA链,设计了 DNA逻辑电路。最后通过将DNA逻辑电路固化于DNA支持物上,实现了 DNA逻辑芯片。实验使用琼脂糖凝胶电泳、非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和实时荧光PCR等技术,对DNA逻辑芯片进行了多方面的研究。一方面是DNA芯片支持物,我们知道现有的DNA芯片有机支持物,包含膜囊泡、碳化钛等,提出了使用DNA折纸作为DNA逻辑芯片的支持物。DNA折纸基于DNA自组装技术,使用M13噬菌体长链和订书钉链实现组装。DNA芯片支持物与DNA逻辑电路材料统一,提高了芯片的相融性。第二是逻辑电路的设计,本文使用DNA颈环作为基本功能链,存在输入链时,DNA颈环被打开,被打开的DNA颈环暴露隐藏区域,将报告链置换出,以此为基础,实现了“是”、“与”、“非”逻辑门以及DNA串联电路的设计。第三是将电路固化于支持物上。在支持物较为居中的位置,通过设计定位链,用来固化DNA逻辑电路所涉及到的功能链,与传统的特质孔径方式连接支持物相比,链杂交的操作更加简单。通过本次实验,我们体会到DNA具有天然的自组装性质,通过DNA自组装实现的纳米结构各式各样,具有设计性、操作性、编程性等特点。而DNA逻辑芯片既是分子计算的技术基础,亦可应用于生物医学,前景十分广泛。
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