[发明专利]三输入三输出的DNA算法自组装六边形结构模型

说明书

技术领域

本发明涉及DNA自组装和DNA计算领域，特别涉及一种三输入三输出的DNA算法自组装六边形结构模型。

背景技术

DNA以其特有的双螺旋结构和碱基互补配对特征，非常适合程序化自组装过程。基于DNA自底向上的自组装研究始于30年前，吸引了全球范围内的多个实验室进行相关研究。DNA算法自组装基于DNA tile结构，该结构是一簇具有分支结构的DNA交叉分子，其每个分子都有粘性末端，可以与其他互补的DNA tile互补结合，逐渐形成DNA分子网络结构。这种DNA算法自组装网络结构具有很强的可编程性，形成过程中无需人工干预，而且计算并行性很强。其灵活的DNA tile设计方法提供了纳米尺度的自底向上的编程方法，DNA tile算法自组装模型被证明是图灵等价的。

由于目前计算机系统都是基于体硅工艺，随着芯片的集成度逐步提高，芯片尺寸的持续缩小，目前硅工艺已经接近硅工作的物理极限。以DNA自组装计算为代表的生物分子计算有望大幅度降低计算机芯片的逻辑元件尺寸，从而进一步挺高芯片的集成度。研究表明，应用DNA算法自组装技术实现数字计算具有运算速度快，并行处理能力强等特点，应用DNA算法自组装技术有望提高计算机数据处理和数据存储等多方面性能。现代计算机的数字电路都是基于布尔逻辑，其基本组成单位为各种门级电路，如与门，或门等。传统研究中已有学者提出基于DNA算法自组装的门级器件，但是这些研究都是基于二输入二输出的DNA算法自组装模型。

本发明提出一种三输入三输出的DNA算法自组装六边形结构模型，该模型能够有效改善传统的算法自组装的错配率较大的问题，提高了自组装的可靠性。由于六边形结构具有三个输入输出方向，该DNA算法自组装六边形结构模型能够实现三输入三输出的逻辑功能，这在DNA计算领域将是一个突破。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种三输入三输出的DNA算法自组装六边形结构模型，其三输入三输出六边形结构子单元由一条DNA单链组成，六边形单链使用不同的编码方式，在三个方向上能够执行三输入三输出的算法。

进一步地，应用该DNA算法自组装六边形结构模型可以通过执行异或逻辑算法，并且用一条两端为多个逻辑0中心为逻辑1的长单链作为输入，构造出Sierpinski三角形。此外，基于该DNA算法自组装六边形模型可以生成多种逻辑门和执行多种运算。

进一步地，为使相邻的DNA算法自组六边形单链满足异或逻辑关系，该DNA算法自组六边形单链需要实现四种输入输出情况，分别为两种输出为0的链和两种输出为1的链，DNA单链六边形模型使用不同的编码序列来区分输入输出端的逻辑0或1，并且在输出为1的链末端连接纳米金颗粒来区别输出0和1链，在通过使用原子力显微镜可以直观区别输出0和1。此外，应用该DNA算法自组装六边形模型可以生成与门、或门、非门等多种逻辑单元器件。

进一步地，DNA算法自组六边形单链可以选择多种标记方法，如：纳米金-巯基化寡核苷酸、生物素-链霉亲和素和荧光基团。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的三输入三输出的DNA算法自组装六边形结构模型能够有效改善传统的算法自组装的错配率较大的问题，为了提高自组装的可靠性。由于六边形结构具有三个输入输出方向，该DNA算法自组装六边形结构模型能够实现三输入三输出的逻辑功能，这在DNA计算领域将是一个突破。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的DNA算法自组装六边形示意图；

图2是本发明优选实施例的基于DNA六边形单链的4种异或逻辑示意图；

图3是根据图2的基于DNA六边形单链的4种异或逻辑结构生成的逻辑表达示意图。

图4是发明优选实施例的应用DNA六边形模型合成的Sierpinski三角形结构示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图对发明的实施例进行详细的说明。

请参照图1，本发明优选实施例的DNA算法自组装六边形示意图。由于六边形结构简单稳定，有三个方向，因此最多可以实现三输入三输出的功能，比如可以用来构建全加器(三输入两输出)。