[發明專利]DNA分子螺旋除法器的構建方法及DNA分子螺旋除法器

有效

• 申請號: 201910220120.5
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN109992241B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 陳智華;石曉龍;強小利;邵澤輝;寇錚;劉文斌
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G06F7/52
• 分類號: G06F7/52;G06N3/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李君;裘暉

本發明公開了一種DNA分子螺旋除法器的構建方法及DNA分子螺旋除法器，所述方法包括：利用DNA分子的Sub?Tile結構，合成具有特異性黏性末端的6?arm tile，包括除數被除數數據粒子、除法算子以及檢測輸出粒子；除數被除數數據粒子自組裝形成除數被除數的三維螺旋結構，并輸入各種除法算子完成除法運算；當除法運算完成后，通過檢測輸出粒子檢測余數，標記出計算結果是設定余數的除法器，形成DNA分子螺旋除法器。本發明通過除數被除數粒子的黏貼反應，形成大量除數被除數的三維螺旋結構，輸入各種除法算子完成除法運算，最后輸入檢測輸出粒子，則完成穩定完整的DNA分子螺旋除法器，該DNA分子螺旋除法器可以實現不同除數同時隨機生成，并且可以并行進行除法運算。

技術領域

本發明涉及一種DNA分子螺旋除法器的構建方法及DNA分子螺旋除法器，屬于DNA自組裝和DNA分子計算領域。

背景技術

DNA(deoxyribonucleic acid，脫氧核糖核酸)納米技術是利用DNA分子特性，如自組裝特性，構建出可操控的新型納米尺度聚集體或超分子結構。此時，DNA的作用不是遺傳物質，而是作為結構模板，或是作為計算工具，甚至是納米機器。

DNA納米技術構建DNA復雜納米結構主要包括三種技術：Ned Seeman團隊發展的瓦塊(tile)自組裝，Paul Rothemund博士發明的DNA折紙術(DNA origami)，以及Chad Mirkin課題組發展的球形核酸(spherical nucleic acids)。這些方法通過預先設計的不同序列的核酸鏈進行組裝或者對核酸特定位點進行修飾及表面功能化，以構成預定義的結構和功能。

DNA計算的自組裝模型使用的“DNA Tile”是一簇具有分支結構的DNA交叉分子，每一個分支都有一個粘貼末端，可以與具有互補粘貼末端的“Tile”嵌套結合，逐步形成DNA分子網格結構。這種具有可編程特性的自組裝計算模型，不但保持了DNA計算并行性的優勢，而且計算過程無需人工干預，自動完成得出結果，其靈活的Tile設計方法提供了納米尺度的自底向上的編程方法。

Sub-Tile結構的提出，實現了通用的DNA分子自組裝，通過一個有限的Sub-Tile(亞分子瓦)集合，可以組合出對稱的2臂、3臂、4臂、5臂和最為復雜的6臂瓦(6-arm tile)結構。Sub Tile結構的提出使得DNA自組裝計算單元tile結構成為一種可編程結構，提高了自組裝計算的通用性和可靠行，減少了DNA自組裝計算過程的誤差。而美國哈佛醫學院系統生物學家Peng Yin等通過擴展第一代SST系統的原則，開發了一種磚形DNA構筑單元，利用較短的DNA鏈構建出含有52個核苷酸的DNA單元。這樣的優勢在于設計具有模塊化結構，不再需要處理較長的支架鏈，具有更大的擴展性。”

Tile自組裝模型已被證明是圖靈等價的。利用自組裝模型構成計算系統，解決計算問題自1998年開始有實驗支持。Labean等使用三交叉分子Tile完成四步累積異或運算。2006年，Seelig,G和Winfree等構造可放大輸入信號的DNA邏輯門(SeeSaw Gate)。Qian L.和Winfree將分子邏輯門級聯用于模擬神經網絡運算過程，成功實現了一種基于DNA計算的Hopefile網絡。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種DNA分子螺旋除法器的構建方法及DNA分子螺旋除法器。

本發明的第一個目的在于提供一種DNA分子螺旋除法器的構建方法。

本發明的第二個目的在于提供一種DNA分子螺旋除法器。

本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種DNA分子螺旋除法器的構建方法，所述方法包括：