[發明專利]一種DNA多面體拓撲結構的構筑方法

在審

• 申請號: 202110259474.8
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113113090A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 段金偉;王瑩;崔林;鄭華宇
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明屬于DNA多面體設計與合成領域，具體涉及一種DNA多面體拓撲結構的構筑方法，包括：步驟1，獲取目標多面體，并對目標多面體中不相鄰的三度頂點進行標記；步驟2，利用奇數次扭曲邊替換與目標多面體中所有不相鄰的三度頂點相連的邊，目標多面體中其余的邊用偶數次扭曲邊替換，得到優化后的DNA多面體拓撲結構；步驟3，判斷優化后的DNA多面體拓撲結構中是否存在不相鄰的三度頂點，若存在，則重復步驟1至步驟2，直至得到最優DNA多面體拓撲結構；反之，則優化后的DNA多面體拓撲結構為最優DNA多面體拓撲結構，該方法能夠快速、簡便地定性分析由最少數目DNA單鏈構筑DNA多面體拓撲結構的合理方案，結果準確可信。

技術領域

本發明屬于DNA多面體設計與合成領域，具體涉及一種DNA多面體拓撲結構的構筑方法。

背景技術

DNA納米技術是指以DNA為合成材料，設計構建復雜結構并精確控制其納米特性的一種方法，其目的在于以DNA鏈為原材料，合成三維或二維的納米結構。DNA適合用于創建納米級結構的原因是核酸鏈之間的結合遵循已知的簡單堿基互補配對規則，從而形成了獨特的雙螺旋納米結構。利用該特性，可以很容易地通過核酸鏈的設計來控制結構的組裝。

由于DNA自身的特殊的堿基互補配對性質，可以使DNA納米結構表現出很好的尋址性。

傳統的DNA納米結構已經通過多條DNA單鏈的方式合成出來，為了構建由最少數目的DNA單鏈組成的DNA納米結構，就需要通過理論研究為其提供合成模板。

設計由最少數目的DNA單鏈組成的DNA納米結構，為了滿足要求就需要在DNA納米結構的設計過程中憑借經驗豐富的技術人員在軟件上通過參數調整才能設計出滿足需求的結構，整個過程耗時長，操作復雜，對設計人員技術壁壘較高。所以研究和開發出適用的快速設計方法，給出構筑由最少數目單鏈構成DNA多面體的拓撲結構及所需DNA單鏈的數目，對于DNA納米結構的合成和應用具有重大意義。

近年來，圖論及拓撲學方法在解決物理、生物學問題中越來越廣泛，因此嘗試從拓撲學角度解決由最少數目的DNA單鏈組成的DNA多面體是一種非常有效的方法。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種DNA多面體拓撲結構的構筑方法，該方法能夠快速、簡便地定性分析由最少數目單鏈構成DNA多面體拓撲結構的合理方案，同時可以定量地給出方案中所需的奇數次扭曲邊的數量和分布情況，其結果準確可信，易于操作。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案予以實現：

本發明的提供了一種DNA多面體拓撲結構的構筑方法，包括如下步驟：

步驟1，獲取目標多面體，并對所述目標多面體中不相鄰的三度頂點進行標記，其中，所述三度頂點是指同時與三條邊相連的頂點；

步驟2，利用奇數次扭曲邊替換與所述目標多面體中所有所述不相鄰的三度頂點相連的邊，所述目標多面體中其余的邊利用偶數次扭曲邊替換，得到優化后的DNA多面體拓撲結構；

步驟3，判斷所述優化后的DNA多面體拓撲結構中是否存在不相鄰的三度頂點，若存在，則重復步驟1至步驟2，直至得到最優DNA多面體拓撲結構；若不存在，則步驟2中得到的所述優化后的DNA多面體拓撲結構為最優DNA多面體拓撲結構。

可選的，步驟1中，所述目標多面體包含V個三度頂點，E條邊和F個面，其中，V≥4，E≥6，F≥4，且V、E和F分別取整數。

可選的，步驟1中，對所述不相鄰的三度頂點進行標記的具體過程為：選取所述目標多面體中的一個三度頂點并對該三度頂點進行標記，再對所有與已標記的三度頂點構成不相鄰的三度頂點進行標記。

可選的，步驟1中，所述目標多面體中的不相鄰的三度頂點的個數為M，M取F/3的整數部分。