基于DNA分子的逻辑门与计算机

本文对基于DNA分子的逻辑门与计算机研究进行了综述。DNA逻辑门与DNA计算机是目前非常活跃的研究领域,有可能解决电子计算机发展的瓶颈问题。本文从DNA逻辑门的分子基础、DNA逻辑门和DNA计算机等几个方面进行了介绍,并且对可能的发展方向作了一些预期。

基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑与门的实现

理论上来说,基于DNA的分子逻辑门是DNA计算机体系结构的产生基础和DNA计算机实现技术的硬件基础。文章提出了一种新的基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑与门的实现方法。在此方法中,逻辑门、输入信号和输出信号是DNA分子。可以实现DNA类型的逻辑门操作。需要使用包括聚合酶链反应(DNA)、琼脂糖凝胶电泳、探针的标记与检测等标准的生物工程技术。这些技术集成于DNA芯片中可用于DNA计算机的研制。

粘贴DNA计算模型的几种分子逻辑门的实现

理论上来说,基于DNA的分子逻辑门是DNA计算机体系结构的产生基础和DNA计算机实现技术的硬件基础。在这篇论文中,我们在先前提出的基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑与门的实现方法的基础上,进一步提出了基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑或门和与非门的实现方法。与先前方法类似,逻辑门、输入信号和输出信号是DNA分子。可以实现OR,NOT和NAND类型的逻辑门操作。需要使用包括聚合酶链反应(PCR),琼脂糖凝胶电泳,探针的标记与检测等生物工程技术。这些技术集成于DNA芯片中可用于DNA计算机的研制。

两种DNA分子同时检测的逻辑门及半加器的构建

本研究利用滴涂法和电沉积法构建了氧化石墨烯/金纳米粒子复合膜修饰电极(GCE/GO/AuNPs),基于目标DNA和探针结合前后探针在电极表面构型的变化导致电化学信号变化,实现对大肠杆菌(E.coli)DNA和沙门氏菌(Sal)DNA的智能识别。以目标物为输入信号,分别以Σ|ΔI|和|ΔIMB/ΔIFc|为输出,构建了"AND"型和"XOR"型DNA分子逻辑门,提出了一种新型的可用于逻辑运算的半加器模型。采用方波伏安法(SWV)检测两种标记探针电流变化值Σ|ΔI|,其与E.coli DNA和Sal DNA浓度的对数值在1.0×10^(-13)~1.0×10^(-8) mol·L^(-1)范围内呈现良好的线性关系,检出限(S/N=3)分别为3.2×10^(-14) mol·L^(-1)和1.7×10^(-14) mol·L^(-1)。

发夹结构在建立DNA计算机中的应用

文章在分子信标作为底物的情况下,用含有发夹茎环结构的核酶建构非门、与门和异或门。

DNA自组装模型的几种分子逻辑门的计算

分子逻辑门是DNA计算机的重要单元,也是实现运算法则的基本条件。文章以DNA自组装模型为基础,构造了特殊的环状DNA序列。通过将分子信标作为输入信号,或者对输入信号进行相应的标记,实现了与非门、或非门和异或门3种常见复合逻辑门的构造。在结果读取中,用检测荧光强度的方法来判断逻辑真值。反应后溶液中有荧光出现时,表示逻辑值为1;反应溶液中没有荧光出现时,表示逻辑值为0。在整个实验过程中,只需要对DNA序列进行相应的设计,可减少因为反应复杂、反应步骤繁多引起的误差。该模型操作简单,灵敏度高,为分子逻辑计算的实现提供了新的思路。

基于分子逻辑门的DNA检测技术

DNA有精确的分子识别能力以及强大的信号存储能力。利用DNA分子的生物学特性来构建分子级别的逻辑门并实现逻辑运算是近年来计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域,引起了相关研究者的高度关注。该文介绍了近年来利用DNA分子的结构特性、碱基配对原则、DNAzyme以及核酸适配体等特殊结构或者性质来构建DNA分子逻辑门的研究进展。

基于DNA和限制性核酸内切酶的基本逻辑门设计

由于DNA分子具有特异性、高并行性、微小性等天然特性,在信息处理过程中展现出了强大的并行计算能力和数据存储能力。该文研究将具有特异性识别功能的限制性核酸内切酶引入DNA链置换反应中,作为DNA电路的输入,通过控制立足点的生成和移除设计了是门、非门和与门3种基本逻辑门。采用Visual DSD对逻辑模型进行模拟仿真,并通过凝胶电泳实验验证设计。与以往的分子逻辑门比较,该设计反应迅速,操作简便,具有良好的扩展性,为大规模电路的设计提供了可能性。

基于分子信标的逻辑门的计算模型

基于DNA计算的布尔电路的模拟是DNA计算研究中的一个非常具有应用前景的潜在的研究方向。利用分子信标和三链核酸分子的高度特异性及稳定性,提出了一个逻辑与、逻辑或门的DNA计算模型。基于分子信标的二种状态,将逻辑门的信息处理过程分为计算和输出二个子过程,从而使得这种基于DNA分子的逻辑门具有重复可用性,为构建基于DNA分子的大规模集成电路奠定了基础。

基于DNA/RNA的逻辑门与逻辑运算

DNA和RNA具有精确的分子识别能力以及强大的信号存储能力.利用DNA/RNA分子的生物学特性来构建分子级别的逻辑门并实现逻辑运算是近年来计算机科学和分子生物学交叉产生的新兴领域,引起了研究者的广泛关注.本文介绍了利用DNA/RNA分子的酶活性、结构特性来构建逻辑门的方法,探讨了将单一逻辑门整合成复杂的逻辑运算的途径.并且对于DNA/RNA逻辑门在体外检测和体内诊疗等生物医学中的应用进行了介绍,提出了未来的发展方向.