DNA计算中荧光技术的应用及其发展

DNA计算作为前沿科学研究的重点和热点,已经从简单发展为复杂,从理论转化为应用.在这一过程中,反应速度快、变化灵敏的荧光标记技术发挥了重要的作用.文中围绕DNA计算和荧光标记技术两个方面进行说明.一方面,对近年来DNA计算中荧光技术的应用进行了总结:(1)荧光标记的表面计算;(2)与某些酶切技术相结合的荧光检测;(3)与DNA链置换相结合的荧光技术;(4)与基因沉默技术相结合的荧光DNA逻辑门;(5)与DNA自组装立体结构相结合的荧光技术;(6)与DNA变构相结合的荧光技术.另一方面,介绍了几种近年来发展起来的新型荧光技术:(1)荧光信号识别放大技术;(2)与磁珠技术相结合的荧光技术;(3)与PH值变化相结合的DNA荧光技术;(4)与miRNAs检测相结合的荧光技术.在今后的研究中,只有将这两者紧密结合,才能发挥DNA计算天然的优势.

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.

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.

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.

基于环形DNA分子的一种求解最大集团的计算模型

文中提出了一种基于环形DNA分子的新型计算模型.该模型的核心构成包括环形DNA分子,链霉亲和素包被的磁珠及环化酶.通过应用该模型解决了一个5个顶点的最大团问题,证明了该模型的可行性.在整个计算过程中,真解的搜索是借助于磁珠和环化酶,DNA分子结构在线性和环形之间相互转化.环形DNA分子的应用极大地减少了计算所需的时间和空间,算法的时间和空间复杂度均为O(n+m).对于解决一个n个节点的最大团问题,这种算法和枚举型算法相比,在搜索过程中所需试管数较少,只需n+1个试管,而利用枚举型算法则需要2n个试管.另外,文中构建的非枚举型初始解空间大大提高了DNA计算机的存储和计算能力.在将来,这种新型的DNA计算模型或许会成为一种解决某些NP完全问题的有效工具.