[发明专利]DNA分子螺旋除法器的构建方法及DNA分子螺旋除法器

说明书

本发明公开了一种DNA分子螺旋除法器的构建方法及DNA分子螺旋除法器，所述方法包括：利用DNA分子的Sub‑Tile结构，合成具有特异性黏性末端的6‑arm tile，包括除数被除数数据粒子、除法算子以及检测输出粒子；除数被除数数据粒子自组装形成除数被除数的三维螺旋结构，并输入各种除法算子完成除法运算；当除法运算完成后，通过检测输出粒子检测余数，标记出计算结果是设定余数的除法器，形成DNA分子螺旋除法器。本发明通过除数被除数粒子的黏贴反应，形成大量除数被除数的三维螺旋结构，输入各种除法算子完成除法运算，最后输入检测输出粒子，则完成稳定完整的DNA分子螺旋除法器，该DNA分子螺旋除法器可以实现不同除数同时随机生成，并且可以并行进行除法运算。

技术领域

本发明涉及一种DNA分子螺旋除法器的构建方法及DNA分子螺旋除法器，属于DNA自组装和DNA分子计算领域。

背景技术

DNA(deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸)纳米技术是利用DNA分子特性，如自组装特性，构建出可操控的新型纳米尺度聚集体或超分子结构。此时，DNA的作用不是遗传物质，而是作为结构模板，或是作为计算工具，甚至是纳米机器。

DNA纳米技术构建DNA复杂纳米结构主要包括三种技术：Ned Seeman团队发展的瓦块(tile)自组装，Paul Rothemund博士发明的DNA折纸术(DNA origami)，以及Chad Mirkin课题组发展的球形核酸(spherical nucleic acids)。这些方法通过预先设计的不同序列的核酸链进行组装或者对核酸特定位点进行修饰及表面功能化，以构成预定义的结构和功能。

DNA计算的自组装模型使用的“DNA Tile”是一簇具有分支结构的DNA交叉分子，每一个分支都有一个粘贴末端，可以与具有互补粘贴末端的“Tile”嵌套结合，逐步形成DNA分子网格结构。这种具有可编程特性的自组装计算模型，不但保持了DNA计算并行性的优势，而且计算过程无需人工干预，自动完成得出结果，其灵活的Tile设计方法提供了纳米尺度的自底向上的编程方法。

Sub-Tile结构的提出，实现了通用的DNA分子自组装，通过一个有限的Sub-Tile(亚分子瓦)集合，可以组合出对称的2臂、3臂、4臂、5臂和最为复杂的6臂瓦(6-arm tile)结构。Sub Tile结构的提出使得DNA自组装计算单元tile结构成为一种可编程结构，提高了自组装计算的通用性和可靠行，减少了DNA自组装计算过程的误差。而美国哈佛医学院系统生物学家Peng Yin等通过扩展第一代SST系统的原则，开发了一种砖形DNA构筑单元，利用较短的DNA链构建出含有52个核苷酸的DNA单元。这样的优势在于设计具有模块化结构，不再需要处理较长的支架链，具有更大的扩展性。”

Tile自组装模型已被证明是图灵等价的。利用自组装模型构成计算系统，解决计算问题自1998年开始有实验支持。Labean等使用三交叉分子Tile完成四步累积异或运算。2006年，Seelig,G和Winfree等构造可放大输入信号的DNA逻辑门(SeeSaw Gate)。Qian L.和Winfree将分子逻辑门级联用于模拟神经网络运算过程，成功实现了一种基于DNA计算的Hopefile网络。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种DNA分子螺旋除法器的构建方法及DNA分子螺旋除法器。

本发明的第一个目的在于提供一种DNA分子螺旋除法器的构建方法。

本发明的第二个目的在于提供一种DNA分子螺旋除法器。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种DNA分子螺旋除法器的构建方法，所述方法包括：