计算科学的新领域：DNA计算（Ⅱ）

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法。从理论上研究DNA计算方法，有利于推动理论计算科学的发展。本系列文章应用形式语言及自动机理论技术，系统地探讨了DNA分子的可计算性及其计算能力。本文主要介绍DNA分子粘接计算模型的文法结构和计算方法，探讨了不同粘接计算模型的计算能力，并证明了DNA有穷自动机与正规文法的等价性。     

计算科学的新领域：DNA计算（Ⅲ）

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法.从理论上研究DNA计算方法，有利于推动理论计算科学的发展.本系列文章应用形式语言及自动机理论技术，系统地探讨了DNA分子的可计算性及其计算能力.本文主要介绍DNA剪接计算模型的文法结构和剪接计算方法，探讨了不同DNA剪接计算模型的计算能力，证明了所有图灵机可计算的函数理论上都可以通过DNA剪接计算模型来计算.     

DNA分子计算进展

DNA计算或泛称为生物分子计算，已作为一个新兴的研究领域扩展到其他领域(如纳米技术和材料设计)，正在发展成为一门科学和工程二级学科。在上个世纪80年代中期，随着Head引入第一个剪切系统理论模型，开始出现用DNA进行计算的构想。Adleman创造性地用DNA分子和生物分子实验技术解决了一个小型组合问题实验，使得这些想法逐渐成熟。后来报道的大量理论结果和新     

深入浅出DNA分子计算

DNA分子计算技术是人类在计算机缩微化进程中涌现出的一项新技术。追溯到DNA分子计算技术产生的历史背景,介绍了此项技术实现的理论基础,同时与传统电子计算机作比,列举出目前DNA分子计算技术的优劣势所在,并通过解决一个传统货郎担问题的实例,讲述这种基于DNA分子计算技术的生物计算机的工作机制。     

DNA计算中的数据与计算模型

对DNA计算的通用性及单链、双链、粘性末端、发夹、质粒、k-臂DNA分子等各种数据作了简单介绍,并对基于DNA分子结构特性和基于DNA计算机研制过程两个方面的DNA计算模型进行了分析对比。针对各种不同的DNA数据及特性,提出了混合DNA计算模型的研究思路,并从不同角度论述了混合DNA计算模型的可行性。     

DNA计算中的信息安全技术

DNA计算是一种模拟生物分子的结构并借助于分子生物技术进行计算的新模式。它引入了崭新的数据结构和计算方法,为解决NP完全问题提供了全新的途径。由于DNA计算具有信息处理的高并行性、低能耗及高存储密度等优点,对传统的基于计算安全的密码体系提出了挑战。DNA密码便是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域。用DNA分子作为信息载体,以实现数据隐藏、认证、加密等安全技术。在简要回顾DNA计算原理的基础上,详细分析了基于DNA的一次一密方案以及Boneh用DNA计算机破解DES的方法;最后探讨在DNA计算中的信息安全技术。     

深入浅出DNA分子计算

DNA分子计算技术是人类在计算机缩微化进程中涌现出的一项新技术.追溯到DNA分子计算技术产生的历史背景,介绍了此项技术实现的理论基础,同时与传统电子计算机作比,列举出目前DNA分子计算技术的优劣势所在,并通过解决一个传统货郎担问题的实例,讲述这种基于DNA分子计算技术的生物计算机的工作机制.     

DNA逻辑计算模型的研究现状与展望

DNA计算因其优异的计算能力已经成为当前研究热点,DNA逻辑计算模型是DNA计算体系与运算实现的重要依托。按应用技术将现有DNA逻辑计算模型进行分类：基于链置换的DNA逻辑计算模型、基于核酶的DNA逻辑计算模型、基于G-quadruplex的DNA逻辑计算模型、基于DNA自组装的逻辑计算模型、基于其他分子技术和分子材料的DNA逻辑计算模型。首先阐述了DNA逻辑计算的研究背景和研究目的以及现阶段在生物分子检测、疾病诊断、多因素分析和生物成像等领域的应用并简述其相关概念;然后梳理各DNA逻辑计算模型的研究历史和现状,分析各类逻辑计算模型所应用的分子操控技术和分子材料以及优缺点和应用前景;最后归纳总结DNA逻辑计算领域当前研究热点和发展前景,为未来提出全新的计算方式奠定基础,为信息、医疗等领域提供更好的服务。     

DNA计算与DNA密码

DNA计算作为一种新型计算模式,目前在理论和实践方面取得了若干初步成就。得益于DNA计算,密码学新领域——DNA密码也得到一定发展。DNA密码的安全性可以不依赖于计算困难问题,并且能够充分利用DNA分子所具有的超高存储密度、超低的能量消耗以及超大规模并行计算潜力。本文介绍了DNA计算的基本原理,DNA密码的基本特征,给出DNA计算和DNA密码的实例,并简要分析目前存在的问题及未来的展望。     

DNA计算原理及系统分析

DNA计算是一种模拟生物分子DNA的结构并借助于分子生物技术进行计算的新方法,它开创了以化学反应作为计算工具的先例,具有广阔的应用前景。DNA计算的两个主要特点是计算的高度并行性和巨大的信息存储容量。该文简要介绍了DNA计算的原理及其数学计算的基本思想;对DNA计算的特点及其系统进行了分析。比较了DNA计算机与图灵机的异同;最后对DNA计算的发展前景进行展望。     

DNA计算与信息安全

DNA计算和量子计算是当今两个热门的非传统计算研究领域，DNA计算提供分子级的并行处理能力，引入了崭新的数据结构和计算方法，对传统的信息安全提出了挑战，并显现出在密码学、隐写术等领域中独特的应用前景。究竟DNA计算技术将对信息安全领域带来怎样的冲击和影响本文将作探讨。     

微流控制系统在DNA计算中的应用

DNA计算系统以人工合成或自然存在的DNA分子作为信息存储的媒介,通过分子生物工程技术例如PCR、凝胶电泳、酶反应实现计算过程。文章简要介绍了DNA计算的原理、特点及研究概况,从对DNA及蛋白质分子的操控及检测两个方面详细分析了微流控制系统在DNA计算中的应用。研究了生物芯片在集成DNA计算系统中的作用,随着可集成的功能通用化、结构三维化生物芯片系统的出现,基于生物芯片的DNA计算系统将可能成为DNA计算机的一种重要实现途径。     

基于DNA计算的分子下推自动机(英文)

DNA分子计算的工作原理是对生物系统进行编码,以生物化学反应为基础,利用生物技术实现生物系统的状态转移来推进计算过程．2001年以色列的Yaakov Benenson等人在基于DNA计算的发卡模型实现了具有状态转移功能的分子有限状态自动机,国内则有利用DNA计算的方法构造可编程分子下推存储器的相关研究．该存储器基于分子自动机的原理,能按一定逻辑进行自组装,是一种纳米尺度的生物存储机构．文中首先通过在分子有限自动机上扩展一个分子下推存储器从而获得了一种简单的分子下推自动机,并基于该下推自动机提出了一类语言的分子自动机解法．接着提出了两种改进的分子下推自动机的模型,通过增加模型复杂度,分别解决了基本型分子下推自动机存在输人字符串限制和输入分子形式不统一的问题．计算理论表明,该种下推自动机的计算能力超过了已有的有限自动机．     

利用脱氧核酶调控基因表达的DNA计算模型研究(英文)

用于逻辑调控基因表达分子自动机的研究是DNA计算的重要研究领域．文中将脱氧核酶技术应用于DNA计算研究当中,利用脱氧核酶的特性,特别是可以作为反义药物的特点,作为构建分子自动机的主要材料,设计了调控基因H—ras表达的DNA计算模型,而且模型也可适用于其它过表达基因的调控．结合DNA计算具备的高度并行性和智能性的优点,该模型为DNA计算在基因表达调控方面的应用做了进一步探索．     

DNA计算方法

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法。本文主要介绍了DNA计算的基本思想及在解决NP完全问题中的应用。     

DNA计算中核酸序列设计方法比较研究(英文)

DNA计算是将现实问题进行编码,映射到DNA分子上,然后通过分子生物实验产生出代表问题解的DNA分子,最后通过检测技术提取出该DNA分子．高质量的DNA编码可以尽可能避免或减少计算过程中出现的错误,并使检测阶段易于提取出代表问题解的DNA分子．文中对基于汉明距离和基于自由能的DNA核酸编码方法进行研究,分析了两类方法的约束条件对DNA编码质量的影响,比较了两类方法排除非特异性杂交的完备性和计算量,进一步分析了两类方法编码DNA序列的效率．通过分析和比较得到,两类DNA计算编码方法都能有效地限制DNA分子间的非特异性杂交,其中基于汉明距离的DNA编码方法的计算量比较小,但是它仅能近似地估计DNA分子间杂交的热力学稳定性,不能完全替代最小自由能的编码方法．在满足DNA计算试验精度要求的条件下,采用基于汉明距离的DNA编码设计方法不仅能有效地的挑选出特异性杂交和非特异性杂交的DNA序列,还能有效地减少计算量,从而提高DNA序列设计的效率．     

DNA计算研究

本文主要讨论了DNA计算原理，综述了DNA计算的特点、DNA计算模型，指出了DNA计算目前存在的问题．最后就DNA计算的发展前景进行了展望。     

基于压电基因传感器的DNA计算(英文)

压电基因传感器是一种新型的生物传感器,它把压电传感器的灵敏性和DNA杂交反应相结合．与传统的基因检测技术相比,它具有结构简单、无需标记、检测时间短、检测信号易处理等特点．将它用于分子运算,与常规的DNA芯片相比,它的检测结果更易于进行自动化处理,因此便于构建大规模的分子运算机器．文中在压电基因传感器和新兴学科DNA计算的基础上,给出了解决0-1规划问题新的DNA计算方法,并指出以前两种基于表面DNA计算在解决这一问题时的不足．与以往的DNA计算方法相比其输出的是电信号,因此具有操作易自动化、识别解更方便和高信息量的优点．与使用常规DNA芯片的表面DNA计算相比,使用压电基因传感器进行DNA计算可以克服可行解识别困难的问题．压电基因传感器技术有望成为新的分子运算工具,可作为构建自动化的DNA计算机的基础．     

DNA计算模型的研究

DNA计算模型在DNA计算的各个研究领域中占有重要的地位,对DNA计算模型进行研究是有意义的。首先回顾了DNA计算模型的发展历史;然后从DNA的基本结构入手研究了DNA计算的机理,并对DNA计算的过程进行了详细分析,从而归纳出DNA计算模型的基本概念;再对DNA计算模型按照DNA计算的物质形态进行了分类并对每一类DNA计算模型的理论及其应用进行了详细的分析。     

DNA计算中荧光技术的应用及其发展

DNA计箅作为前沿科学研究的重点和热点.已经从简单发展为复杂,从理论转化为应用.在这一过程中,反应速度快、变化灵敏的荧光标记技术发挥了重要的作用.文中围绕DNA计算和荧光标记技术两个方面进行说明.一方面,对近年来DNA计算中荧光技术的应用进行了总结:(1)荧光标记的表面计算;(2)与某些切技术相结合的荧光检测;(3)与DNA链置换相结合的荧光技术;(4)与基因沉默技术相结合的荧光DNA逻辑门;(5)与DNA自组装立体结构相结合的荧光技术;(6)与DNA变构相结合的荧光技术.另一方面,介绍了几种近年来发展起来的新型荧光技术:(1)荧光信号识别放大技术;(2)与磁珠技术相结合的荧光技术;(3)与PH值变化相结合的DNA荧光技术;(4)与miRNAs检测相结合的荧光技术.在今后的研究中,只有将这两者紧密结合,才能发挥DNA计算天然的优势.