基于自组装纳米颗粒探针的全错位排列问题的DNA计算模型

全错位排列问题是组合数学中的一类重要问题,可转化为范式的形式,利用自组装纳米颗粒探针对满足性问题进行求解。将纳米金颗粒和DNA序列进行结合,形成纳米金颗粒探针的识别区,并且成拱形结构。当识别区与其补链发生杂交反应时,拱形结构打开并发出荧光,从而给出了全错位排列问题的一种新的DNA计算模型。与传统的DNA计算模型不同,本文将纳米技术和DNA计算理论相结合。     

基于DNA链置换反应的编码器逻辑运算模型研究

作为自组装DNA计算领域中一门新技术,DNA链置换反应在分子计算领域得到了广泛的应用.基于自组装DNA计算原理,设计了对应不同逻辑门的DNA分子电路.基于DNA链置换反应机理构建了编码器逻辑电路的分子计算模型.当输入DNA分子信号链时,将不同分子浓度比的DNA分子逻辑门电路混合,借助分子间的特异性杂交反应及分子间链置换反应,最终可输出信号链分子.Visual DSD仿真结果表明了本文设计的编码器逻辑计算模型的可行性与准确性.为拓展分子逻辑电路的应用做出有益的探索.     

最大团问题的可编程的DNA分子系统计算模型

DNA计算求解NP完全问题,可编程性、自主、高并行性,是十分重要的追求。文中主要借助可编程的DNA分子系统求解最大团问题。DNA自组装是通过起始双链体的诱发,由化学发夹和指令发夹杂交反应交错排列构成线性双链体,它的两条链一条由化学发夹组成,一条由指令发夹组成。通过DNA链置换反应,发生链的迁移,将可增长的低聚物转移到每个发夹上,组装顺序是通过成对的互补脚趾之间相互作用进行编程。最终检测线性双链体上低聚物的个数来读取图的最大团及其顶点。     

基于DNA链置换的分子逻辑门计算模型

DNA计算是近年来的研究热点,分子逻辑门是DNA计算机体系结构和运算实现的重要基础。将DNA自组装与链置换技术和荧光标记相结合,在现有的链置换逻辑计算模型的基础上,构造了非门,与门,与非门,或门和或非门。可在室温下进行,减少了因复杂的生物操作步骤带来的误差。使用荧光检测来判断逻辑结果,操作简单,容易检测,且灵敏度高。     

基于链置换神经网络的印刷体汉字数字识别

链置换技术是一种体外恒温无酶的分子计算技术,近年来已成为DNA计算领域的常用技术,而人工神经网络是一种模仿生物神经网络结构和功能的计算模型。基于链置换技术可以用生物分子构建神经网络,并作为分类器用于执行各种模式识别任务。文章以链置换逻辑门为基础,构建了一个赢家通吃的分子神经网络计算系统,完成了印刷体汉字数字的模式识别任务。首先将代表数字模式的图片转化成用DNA序列编码的分子数据,再将人工合成的DNA数据链输入到分子神经网络计算系统中,该网络能够利用DNA链置换技术执行生物分子计算,从而实现对输入DNA数据模式的分类,最终的分类结果将会通过荧光分子修饰单链DNA输出,并通过光电信号转换自动识别。仿真实验和生物实验证明了基于链置换的分子神经网络可以出色地完成印刷体汉字数字识别的任务。     

基于聚合酶链置换反应的2D-LASM混沌文本加密算法

针对现有的基于DNA序列进行信息加密算法中没有涉及到DNA计算中化学反应这一问题,提出了基于聚合酶链置换反应的2D-LASM混沌映射文本加密算法.该算法将混沌映射产生的伪随机序列和明文信息进行异或操作,然后转换成DNA序列;随后再将DNA序列进行聚合酶链置换反应得到新的DNA序列.对新的DNA序列进行解码,得到密文.最后对该算法的密钥空间进行分析,可知该算法具有较好的加密效果.     

异或门的DNA计算模型

利用DNA链置换反应分别求解二输入和三输入异或门逻辑电路.对于二输入异或门电路,将不同输入值编译成不同数量输入链,将特定数量的输入链加入反应器中,与反应器中的反应链发生链置换反应,充分反应后,通过判断检验器中绿色荧光分子明灭从而得到异或门电路的解;二输入异或门逻辑电路可以推广到三输入异或门逻辑电路.该方法具有操作简单,实验成本低,可行性高等优点.     

背包问题的三链DNA计算模型

背包问题是组合优化中很重要的NP问题。因为三链DNA的特殊结构在参与反应时可以减少计算模型的错解率,且在生化反应中利用磁珠分离法对解进行分离较方便准确,文章利用三链模型求解0-1背包问题和完全背包问题。首先将背包问题的约束条件进行分解,再将物品质量编码为DNA片段,链接反应后,利用凝胶电泳技术和三链模型检测所包含的物品组合,得到满足约束条件的物品组合,再利用此方法检测价值最大的组合,即问题的解。其他的背包问题也可用此方法来解决。     

通过DNA聚合剪切放大体系提高RNA的检测灵敏度

基于循环的DNA剪切循环放大分子机器构建了一个RNA传感器。该分子机器以RNA为输入,产生大量的DNA片段,并替换报告探针上的荧光DNA从而产生荧光信号,实现对靶RNA浓度的放大检测。本分子机器分为两部分,反应部分和报告部分。在反应部分,以靶RNA为输入条件,以一个特殊设计的探针为反应模板引发一个自发连续的DNA聚合-剪切反应网络,重复产生大量信号DNA链;这些信号DNA链进入报告部分,通过杂交替换反应从一个报告探针上替换下带有荧光DNA序列,释放到溶液中。这样通过剪切产生的大量DNA适体序列被释放到溶液中,并替换报告探针上的荧光DNA,实现信号的放大。     

利用DNA链的相对浓度求解背包问题

对于含有n个变量的0-1背包问题,提出了利用DNA链的浓度来判断某种0-1组合是否为可行解的计算模型。该计算模型编码了3n-3种寡聚核苷酸片断,并利用这些编码合成对应于约束条件的、不同浓度的2n-3种DNA链,作为数据池。随后,表示该0-1组合的DNA链被加入到数据池诱发链置换,根据可行解不会产生荧光来并行地搜索所有可行解。最后将可行解对应的目标函数加以比较,最终得到背包问题的最优解。结果表明,该模型的空间复杂度为O(n),时间复杂度为O(1)。模型的优点是计算过程可自动进行,中间结果无需分离,无需人工干预,可靠性高。因此DNA计算求解问题的规模得以大大增加。