[發明專利]一種基于DNA鏈置換的三維混沌振蕩系統的實現方法

有效

• 申請號: 201911070090.0
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110766161B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 孫軍偉;李智;劉磊;楊宇理;楊秦飛;梁恩豪;凌丹;王延峰;王英聰;黃春;方潔;張勛才;王妍;栗三一
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: G06N7/08
• 分類號: G06N7/08;G06N3/12
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

本發明提出了一種基于DNA鏈置換的三維混沌振蕩系統的實現方法，其步驟為：分別確定各個邏輯門的小支點結構及反應過程中輔助物、反應物的DNA鏈結構，并確定各個DNA鏈中結構域的堿基序列；基于DNA鏈置換的反應機制分別構建倍加邏輯門、置換邏輯門、催化邏輯門、調整邏輯門和兩種降解邏輯門；使用Visual DSD軟件對邏輯門電路進行驗證；根據邏輯關系分別確定數學表達式，將數學表達式轉化為對應的微分表達式并合并，得到設計的三階混沌振蕩系統；利用Matlab軟件驗證三階混沌振蕩系統的動力學行為。本發明構建的混沌振蕩系統具有合理性和有效性，可以作為今后研究混沌同步的動力學行為的基礎。

技術領域

本發明涉及DNA鏈置換的技術領域，尤其涉及一種基于DNA鏈置換的三維混沌振蕩系統的實現方法。

背景技術

當今的時代被人們稱作是信息時代，計算機作為處理信息最為普遍的載體，需要不斷的革新。結合計算機和分子生物學科的DNA計算是一個新的研究領域。自然界中有很多包含著非常豐富信息處理機制的化學反應過程和物理反應過程，考慮到生物分子不僅具有良好的可操作性還有納米級的空間尺寸等這些優勢，發現這種生物分子為利用生物分子元件組裝集成的生物計算機提供了更大的可能性，而生物計算一個重要的發展方向就是頗受關注的DNA計算，DNA計算也是將要進行詳細研究和不斷探索的一個重要方向。1994年美國科學家Adleman在一支裝有特定DNA的試管中巧妙的解決了旅行商NP問題，僅僅用了7天時間，但是以當時的計算機水平來看所需要至少大約兩年以上的時間，因此這個問題的解決開創了DNA計算機的新紀元。DNA計算還衍生出了DNA自組裝、DNA折紙術、DNA單鏈自組裝、DNA鏈置換等技術。本發明主要利用的是DNA鏈置換的相關原理和技術。

DNA計算已經處理了大量的分子操作，如自組裝、熒光標記、鏈置換和探針機等。DNA鏈置換技術是在DNA自組裝技術的基礎上發展起來的，因此，DNA自組裝技術和DNA鏈置換技術是DNA納米技術研究的兩大重要支撐技術。利用DNA鏈置換反應不僅能夠實現數字計算而且能夠實現模擬計算，構造DNA分子電路不僅能夠實現加、減、乘、除模擬算術運算，而且還能夠解決方程的根的求解問題。DNA鏈置換與DNA折紙術結合構建的DNA納米結構可用于智能藥物的載體，可特異性的與靶細胞結合釋放藥物起到靶向治療的目的，避免損害正常的細胞。DNA生物傳感器可用于檢測有毒的生物分子如致癌的黃曲霉素分子和HIV分子，發揮快速檢測以及方便實用的特點。此外，DNA鏈置換技術憑借高容量信息積累、高性能并行計算、編程以及仿真的優勢已經在分子計算、納米機器、診斷和疾病治療領域得到了深入的研究。DNA鏈置換技術在解決數學問題、管理納米機器和討論生命歷程方面也具有很大的研究意義。混沌系統由于具有多樣的結構和復雜的運動形式，構造新型混沌系統，分析系統的動力學特性，不僅促進了混沌系統在理論方面的進展，而且也使其在實踐應用方面取得了長足的進步。

發明內容

針對現有DNA鏈置換技術不能應用到混沌振蕩系統，混沌振蕩系統計算速度慢的技術問題，本發明提出一種基于DNA鏈置換的三維混沌振蕩系統的實現方法，基于復合鏈置換原理設計了6種邏輯門電路，利用Visual DSD仿真軟件進行驗證闡明了DNA鏈置換反應的工作過程，實現了預期的各個邏輯門電路的功能，并且通過Matlab對設計的混沌振蕩系統進行仿真驗證，結果證明了其有效性。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種基于DNA鏈置換的三維混沌振蕩系統的實現方法，其步驟如下：

步驟一：根據倍加邏輯門、置換邏輯門、催化邏輯門、調整邏輯門和兩種降解邏輯門的邏輯關系分別確定各個邏輯門的小支點結構及反應過程中輔助物、反應物的DNA鏈結構，并確定各個DNA鏈中結構域的堿基序列；

步驟二：基于DNA鏈置換的反應機制構建倍加邏輯門、置換邏輯門、催化邏輯門、調整邏輯門和兩種降解邏輯門；使用Visual DSD軟件對設計的倍加邏輯門、置換邏輯門、催化邏輯門、調整邏輯門和兩種降解邏輯門的電路進行驗證，分別實現了倍加、置換、催化、調整和降解五種邏輯運算功能；