自组装DNA/纳米颗粒分子逻辑计算模型

将AuNP 自组装聚合色变与DNA 计算相结合, 构建了纳米分子逻辑计算模型. 使用了DNA 自组装、DNA/AuNP 结合和AuNP 聚合色变等关键技术方法. 利用DNA 自组装结构变化,通过DNA/AuNP 聚合色变反应, 实现了简单逻辑运算功能. 在此基础上, 构建了求解简单集合运算的DNA/AuNP 计算模型, 对多重输入的简单集合运算进行了逻辑运算. 最后, 进一步拓展该分子逻辑运算模型的应用, 结合分子检测技术, 对H1N1 病毒基因进行检测.     

重组DNA的研究新进展

本世纪70年代初,美国科学家S. Cohen和H. Boyer等首次在体外成功地组建了具有生物功能的重组质粒,1974年,Morrow等将第一个真核基因即瓜蟾rRNA基因导入大肠杆菌,获得克隆,标志着重组DNA(rDNA)研究的开始。rDNA技术,是在试管内用酶及其他物质使不同物种间的DNA分子彼此结合,然后导入细胞内令其行使功能的技术。它涉及五个方面:1)DNA特异的剪切技术——获取目的基因;2)核酸分子杂交技术——鉴定未知核酸分子;3)DNA的分子克隆——目的基因的扩增;4)DNA顺序测定——确立基因的精细结构和功能的关系;5)目的基因的表达——产     

自组装DNA链置换分子逻辑计算模型

将DNA自组装与链置换技术相结合,构建了DNA分子逻辑计算模型.通过输入DNA信号链,经特异性识别和链置换,自组装初始结构发生变化,并释放特定信号分子或结构作为输出.计算模型能通过DNA自组装结构电泳迁移率的改变输出计算结果.计算系统在室温下可自动触发、混合输入信号以及并行置换.另外,本模型中引入了单极和双极两种置换模式设计,其还具有并行信息处理和模块化组装等特点.最后经实验验证,通过输入特异性DNA分子链置换,该计算模型能正确输出逻辑计算结果.     

磷酸根修饰的二维DNA晶体的研究

利用可编程的刚性DNA分子瓦(DNA tile)中的双交叉(double-crossover, DX)分子的自组装形成二维DNA晶体, 可将分散的具有光、电、磁性质的分子和纳米粒子单元按照Watson-Crick的碱基配对原则精确自组装, 构成分子(纳米)线路和器件. 报道了用磷酸根修饰一条DNA链的5'端脱氧胞嘧啶核苷酸后, 将此DNA链与其他的21条DNA链在一定条件下自组装, 成功合成了具有特定几何构型的二维磷酸化DNA晶体, 并探讨了二维DNA晶体生长的条件和可能的机理.     

计算机家族"添丁进口"

DNA计算机诞生了2001年12月22日出版的英国《自然》杂志报道,以色列“魏兹曼研究所”的科学家已经成功地研制出了世界上第一台DNA计算机,这是一种由DNA分子和酶分子构成的微型“生物计算机”,一万亿个这样的计算机仅一滴水那样大,其运算速度约为每秒十亿次,且精确度达达99.8％。据《自然》介绍,该计算机是世界上第一种由DNA分子构成全部输入输出部件和软件的可编程独立计算     

欧美科学家使用飞秒X射线激光检测一氧化碳氧化反应的过渡态

<正>我们赖以生存的物质世界是由原子组成的,原子按照自然法则结合成种类和功能特别丰富的分子.然而,分子中的原子与其他原子相互结合形成新分子并非一蹴而就,往往需要克服被称为势垒的障碍,障碍的最高点被称为过渡态.如图1所示,一氧化碳分子中的碳原子(C)与吸附在固体表面的氧原子(O)接近时,经历过渡态(OL CO)则形成二氧化碳分子(CO2).过渡态将新分子(产物)与旧分子(反     

云母片上硬脂酸LB膜扫描力显微镜的研究

LB膜技术是利用特殊的装置将有机分子以单分子层的形式转移到固体的表面,形成具有规则排列的单层或多层.这些超薄的有机分子膜由于其特殊的物理化学性质,近年来已得到广泛的研究和应用.深入研究这些物质的性质,排列状态,对于加深理解有机超薄分子膜的物理化学性质无疑是十分必要的.扫描探针式显微镜SPM(包括扫描隧道显微镜STM和扫     

仿荷叶微凹凸表面的疏水机理与判据

根据液滴在有限液固界面上接触角恒增大原理,提出仿荷叶微凹凸表面提高疏水性是众多小尺寸有限液固界面所集成的结果.建立了液滴在类荷叶结构表面的稳定性数学方程,推导出微凹凸表面空隙的理论临界半径与固体、液体性质之间的关系,阐述了实现疏水性的3个条件.计算结果表明,当微凹凸表面空隙半径小于理论临界半径rc时,液滴在固体表面均可呈现接触角大于90°的稳定状态,而液固界面面积的最小化以及低的固体表面能是实现疏水性的重要因素.提出用有效黏附功W′a作为衡量固体表面疏水能力的判据.     

DNA分子计算与DNA计算机的研究进展

生物分子计算与DNA计算机是计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域. DNA计算机的特点是具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力, 因而被认为有望解决电子计算机所面临的评价问题. 本文在介绍DNA计算机的基本概念基础上, 围绕DNA计算机的原理、计算模型和在多方面的应用等关键问题, 分析讨论了粘贴模型、剪接模型和等价检查模型等常用的DNA计算模型, 并对DNA计算机在NP问题、遗传分析与临床诊治、防伪和译码技术以及游戏与机器人等领域的研究进展和应用前景进行了探讨. 最后讨论了DNA计算机未来可能的发展方向.     

Triton X-100对紫膜类脂的流动性及光循环中间产物M_(412)的影响

细菌视紫红质(bacteriorhodopsin简称bR)是嗜盐菌紫膜中唯一的蛋白质,具有光驱动质子泵的功能.bR对可见光的吸收是由于视黄醛生色团的存在.bR经橙色光照射后进行一个从微微秒级到毫秒级的光循环,其中间产物M_(412)的生成和衰减与质子泵功能密切相关.然而,仅有bR的光异构化是不够的,还与紧密结合在bR分子周围的类脂分子的辅助     

磷脂单分子层相状态与分子畴结构的AFM观测

Langmuir-Blodgett膜技术是一种受到人们广泛重视的分子有序化和定向化方法.利用该技术可在液面获得二维紧密排列的单分子层,并可将其转移至固体表面实现多层组装以构成各类分子器件.液界面上单分子层的结晶过程和相行为,包括相分离、相转变等已被Mohawld等人用荧光显微镜和Mobius等人用Brewster角显微镜观察过.然而,对它们转移至固体表面上状况的研究却几乎未见报道.特别是用这两种分析手段根本无法观察到单分子层中     

基于原子力显微镜的单个DNA分子压弹性测量

介绍了一种基于振动模式扫描极化力显微镜在小力区(< 0.5 nN)测量柔软的生物分子压弹性的方法, 并利用此方法研究了DNA分子在直径方向(垂直于双螺旋方向)的压缩性质. 实验结果表明固定在云母表面的DNA分子具有很好的弹性, 在外力作用下DNA的径向形变可达到~50%, 当外力撤销后, 其形变可以完全恢复. 另外统计了20段DNA分子上20个点的高度与所受压力的关系, 并由此初步估算了DNA分子的弹性常数.     

粘贴DNA计算机模型(Ⅰ): 理论

粘贴模型(sticker models)是目前DNA计算机模型中的一种主要模型之一. 该模型采用单、双链混合型DNA分子进行编码, 具有在生物操作过程中不需要DNA链的延伸、不需要生物酶的作用以及DNA链可重复使用等优点. 因而受到不同学科学者的关注与兴趣. 对此模型分理论、应用两个部分进行了比较系统地论述, 理论部分的具体内容是: 首先比较系统地介绍了粘贴计算的经典模型的有关基本理论; 其次讨论了在粘贴模型与形式语言基础上建立起来的一种抽象的计算模型——粘贴系统; 第三, 对粘贴模型进行了推广和进一步的完善, 提出两种在应用上更为广泛、理论上进一步完善的模型: 一个是所谓的k-进制粘贴模型, 另一个是所谓的全信息粘贴DNA计算模型.     

粘贴DNA计算机模型(Ⅱ): 应用

经典的粘贴DNA计算模型采用单、双链混合型DNA分子编码, 其生物操作具有无需DNA链的延伸、无需生物酶以及DNA链可重复使用等优点, 已经受到不同学科学者的关注. 在经典模型的基础上, 进行一定的扩展与完善, 必对DNA计算机的研究有良好的贡献. 基于此, 对粘贴DNA计算机模型进行了较为深入的研究: (1) 提出了基于粘贴模型的矩阵表达模型; (2) 对经典粘贴模型应用于图与组合优化等方面的研究成果给予综述, 诸如集合覆盖问题、图的顶点覆盖问题、图的Hamilton路与圈问题、图的团与独立集问题、图的生成树与Steiner树问题等; (3) 给出了基于粘贴模型的图的同构问题的算法.     

DNA缩短法计算模型求解最大独立集问题

提出了一种基于环形DNA缩短法的新型计算模型. 该模型可以求解n个顶点m条边的图的最大独立集. 算法的时间复杂度是O(n+m). 随着问题规模的增大, 计算所需的试管数量呈线性增长. 在计算模型的生物操作中, 有两个主要技术: DNA分子内环化和DNA长度逐步缩短. 结合反向PCR(聚合酶链式反应), 磁珠吸附和环化酶催化等多种方法, 在求解步骤中, DNA分子的结构在线性双链DNA(dsDNA)、线性单链DNA(ssDNA)和环形单链DNA之间进行循环变化. 利用环形DNA分子的结构特点, 在计算过程中避免了DNA分子间重组. 为了证实该DNA计算模型的可行性, 利用其求解了一个最大独立集问题的实例.     

利用DNA逻辑开关进行细胞内生物分子成像研究

上海应用物理研究所物理生物学实验室的研究人员，创新性地将DNA纳米技术与DNA计算相结合。设计了一系列基于三维DNA纳米结构的新型“DNA逻辑门”。这些逻辑门不仅能够对不同的输入信号产生响应，从而实现复杂的分子运算．而且可以主动穿过细胞膜．进入活细胞内实现生物分子成像。     

关于循环自动机若干问题的多项式时间算法

自动机A=(Q,Σ,δ)称为循环的。如果存在状态q_0∈Q,使得对于任何状态P∈Q,有x∈Σ~*,成立ε(q_0,x)=P;q_0称为A的一个生成元。本文中所指的自动机均为有限自动机。自动机A=(Q,Σ,δ)的一个自同态是一个映射ξ:Q→Q,满足(?)_a∈Σ,P∈Q(ξ(δ(P,a))=     

系统C(2×2)Na(1S)-Ni(001)与C(2×2)S(1S)-Ni(001)NPDFT规律的相似性

决定固体表面的结构是表面物理中的重要课题,是了解固体表面特性的基础。七十年代后期以低能电子衍射(LEED)为基础发展了一种新的表面技术——法向光电子衍射(NPD)。NPD的理论是以电子多次散射为基础,需要作繁复的计算才能求得表面结构     

硬脂酸镉LB膜结构的AFM观察及膜表面纳米级刻写

Langmuir-Blodgett(LB)膜因具有分子层次上的有序、厚度可控和易于组装等许多优点而在分子组装中受到人们的广泛关注.这些由LB技术所组装的分子组合体的宏观物理特性的最优化,要求人们对它们的微观结构与性能关系有一个详细的了解.它包括转移至固体衬底上分子膜的结构、相的状态以及不同相态之间转变等.然而,迄今为止已报道的工作多限于在气/液界面上的观察,而且前人对分子膜结构的观察主要采用了荧光和Brewster角这两种     

基于BGK方法的液滴静态和动态特性

采用BGK方法对液滴在疏水表面上的静态和动态特性进行了研究,通过数值模拟发现对于带有微结构的疏水表面,在保持非浸润状态的基础上,固体面积分数越小(即微结构间距越大),表观接触角越大,表面越疏水,但是较小的固体面积分数会使液滴非浸润状态变得不稳定.当表面具有微-纳二级结构时,不仅会增加表面的疏水性,使液滴具有较大的表观接触角,而且会使液滴的Cassie状态更稳定.当液滴下落到超疏水表面时,数值计算发现液滴将经过多次反弹、变形,最终静止在超疏水表面上,这与实验现象吻合.当相同尺寸的液滴从同一高度下落到具有相同表面自由能的超疏水表面时,与平超疏水表面相比,具有微/纳结构的超疏水表面将增加液滴的反弹高度;对于平超疏水表面,表面自由能越小,液滴的反弹高度越大,因此液滴的反弹高度依赖于液滴在表面的表观接触角.