DNA机器人在AFM图像中的分割和识别

DNA机器人是一种由DNA大分子通过折纸技术制作的纳米级别的机器人,可以用于癌症的诊断和治疗。为了对DNA机器人形态进行研究,研究人员利用原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)拍摄出机器人的AFM图像。针对AFM图像多噪声及被观察的DNA机器人大规模重叠的特点,从除噪、分割、识别三个过程展开,提出了一种基于多尺度改进的分水岭AFM图像切割算法,以傅里叶描述子、曲率尺度空间描述符和Hu矩作为特征,实现DNA纳米机器人的分类和识别。

癌症治疗纳米机器人的研究现状与发展

随着科技的进步以及纳米时代的到来,对于纳米机器人的设想、构造和研发已经成为前沿热点。伴随着现代医学的进步,医疗纳米机器人逐渐应用于医学诊断、探测和体内治疗等领域,为病人提供全新精准的治疗方案。本文通过对国内外对于癌症治疗的纳米机器人的分析,综述了癌症治疗纳米机器人的发展现状,讨论了需要解决的问题和难点,总结了该领域下一步发展的方向。

DNA链置换技术的研究现状与展望

综述了利用DNA分子元件构造人工逻辑生化电路的新技术——DNA链置换技术在构造逻辑门运算模型、生化逻辑电路与神经网络、DNA纳米机器人、DNA反应网络等领域的研究进展,并通过对半加器/全加器逻辑运算模型和编码器逻辑运算模型的设计及仿真,对DNA链置换技术的相关应用进行了实验验证.在此基础上提出:构建运动及功能型DNA纳米机器,整合DNA逻辑门、自底向上地构建DNA计算机体系结构,将是DNA链置换技术应用的发展方向.

简单0-1规划问题的动态DNA折纸计算模型

DNA折纸是一种全新的DNA自组装方法。将一个由DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人组装而成的动态折纸应用于求解0-1规划问题。其中DNA折纸卡槽由1条M13脚手架链和202条钉书钉链折叠而成。双态DNA机器分为不修饰和修饰金纳米颗粒两种情况,对应于0-1规划问题约束变量的取值为0或者1。DNA折纸卡槽和DNA双态机器组装成折纸基底。DNA行走机器人是7条单链折叠成的带有粘性末端的DNA折纸。在链的驱动下,DNA行走机器人在折纸基底上顺时针旋转行走,每步旋转120°。DNA行走机器人每走两步,与折纸基底上的DNA双态机器进行链置换,接收修饰的金纳米颗粒。当整个动态行走过程结束,根据透射电镜下DNA行走机器人接收的金纳米颗粒的大小和个数来判断约束变量的取值是否为可行解。该计算模型采用模块化结构,DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人等折纸均单独设计,且采用透射电镜读解,因而提高了模型实现的可行性。

动态DNA折纸计算模型的可满足性问题

DNA折纸术与传统的DNA自组装技术不同,通过碱基互补配对能够可控地构造出高度复杂的纳米图案或结构.文中为了求解可满足问题设计了一种动态的折纸结构,该结构由DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人三部分组装而成.折纸卡槽由一条DNA长链和若干短链折叠而成,DNA行走机器人是由7条单链折成的三手四足DNA折纸结构,双态DNA机器分为修饰和不修饰荧光颗粒两种状态.DNA机器人的“手”通过链置换接收荧光颗粒,机器人的“脚”在链的驱动下以顺时针旋转120°在折纸卡槽和DNA双态机器组装而成的折纸基底上完成动态行走.根据可满足问题的约束变量选择性地接收荧光颗粒,每一步对应于一个变量的取值,以荧光团的个数映射问题的条件,以荧光团的颜色映射问题的解.该模型结构简单,其解易于观察,因而大大提高了模型的可行性和计算的准确性.