《生物計算機貼上模型及其廣義編碼研究》是依託陝西師範大學，由董亞非擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董亞非
- 依託單位：陝西師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
生物計算機是通過對DNA序列編碼，經過有序的生化操作實現計算功能的。我們將DNA序列編碼分為狹義的和廣義的DNA編碼。定義常規的序列編碼為狹義DNA編碼，用於構成序列，並保持其穩定性；避免序列發生髮卡、錯配等現象；廣義DNA編碼是針對生物計算而提出的一種編碼思想，使得生成的序列構成不同的生物計算模型，並通過算法設計和引入不同的生物分子材料實現其功能，良好的編碼序列可以提高計算效率、減少計算步驟和誤差。本項目通過將PNA分子引入到貼上DNA計算模型中為例，研究和討論廣義DNA編碼，進行DNA計算，以克服經典貼上DNA計算模型的某些缺陷。本項目擬研究：（1）貼上DNA計算模型的廣義編碼理論；（2）引入PNA分子材料和生物技術到貼上DNA計算模型的編碼及計算過程中，探索和設計較快的計算及焦磷酸測序技術等檢測方法；（3）給出頂點覆蓋問題、可滿足問題等組合最佳化的DNA計算模型並以生化實驗驗證。
結題摘要
本項目旨在開發貼上DNA計算模型處理信息的能力，拓展DAN計算解決問題的方法和套用領域。在研究過程中，我們根據該領域國際、國內最新研究進展，將貼上模型與自組裝模型進行了對比分析，認為貼上模型可以歸納為一維自組裝模型或二維自組裝模型；因此本年度添加了與自組裝計算模型相關的研究。我們主要研究了貼上DNA計算模型的編碼原理、自組裝計算模型的原理及其在某些具體問題上的套用，分析了生物計算機發展過程中可能出現的相關技術問題，並探索其解決實際問題的能力。同時，我們認為生物計算的思想可以用來分析和研究人類疾病的發生髮展規律和調控機制。 首先對貼上DNA模板表示信息和處理信息的能力進行了研究，並探索其在解決圖與組合最佳化問題、模擬布爾電路、分子開關等方面的可行性和套用。通過設計不同的貼上類型，設計了各種自組裝模組，探討DNA分子結構對信息表達及處理方面的優勢；利用不同的分子材料，構造不同的邏輯門，進而為DNA計算機機理進行研究。在研究中，對貼上DNA計算模型的特性進行研究，討論了引入生物酶的加速計算潛能，給出了基於貼上DNA計算模型的最大團問題的計算模型。另外，我們DNA計算在圖論中的套用進行了詳細的探討，分析了圖論的DNA計算模型中存在的問題，指出未來國內DNA計算研究的重點。詳細的討論了DNA計算的優點和仍然存在的問題，並利用DNA計算給出了最大團問題、公交網路問題、可滿足性問題等等的DNA 計算模型。 在對DNA計算模型的研究過程中，為了進一步研究不同分子結構的計算性能，對DNA的分子邏輯門進行了研究。給出了基於貼上DNA計算模型的分子邏輯或門和非或門的方法。理論上來說,基於DNA的分子邏輯門是DNA計算機體系結構的產生基礎和DNA計算機實現技術的硬體基礎。我們在先前提出的基於貼上DNA計算模型的分子邏輯與門的實現方法的基礎上,進一步提出了基於貼上DNA計算模型的分子邏輯或門和與非門的實現方法。與先前方法類似,邏輯門、輸入信號和輸出信號是DNA分子。可以實現OR,NOT和NAND類型的邏輯門操作。需要使用包括金納米顆粒技術、聚合酶鏈反應(PCR),瓊脂糖凝膠電泳,探針的標記與檢測等生物工程技術。這些技術集成於DNA晶片中可用於DNA計算機的研製。 在套用貼上模型分析和討論人類疾病的調控機制研究中，我們主要套用布爾網路方法研究了范可尼綜合症和乳腺癌的調控機制。
