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。     

DNA计算机原理、进展及难点(Ⅲ):分子生物计算中的数据结构与特性

分子生物计算是指以生物大分子作为数据来进行信息处理的计算模式.目前的分子生物计算主要包含DNA计算、RNA计算和蛋白质计算这三种计算模型.另外,还有一些学者提出采用PNA分子进行计算.但由于PNA计算、RNA计算和蛋白质计算目前还没有一些实质性的突破,故在此不做讨论.研究掌握作为数据的DNA分子特性与结构,显然是DNA计算中的一个基本问题.因而文中主要对各种DNA分子的结构与特征进行讨论.针对问题的不同,模型的不同,采用的DNA分子类型也不同,目前主要用到的是单链的、双链的和具有粘性末端的DNA分子.其次用到的是发夹构型的DNA分子、质粒DNA分子等.文中特别讨论了作为数据的DNA分子与相应的生物计算模型有机相结合的一些基本的问题.     

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。     

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。     

浅析DNA计算及其发展状况

近年来,基于生化反应机理的DNA计算模型受到科学领域内许多不同学科领域学者们的关注。DNA计算已经形成国际科学前沿领域内研究的一个新的热点。该文主要讨论了DNA计算的原理,综述了DNA计算的特点、DNA计算模型,并指出了DNA计算研究中存在的问题,最后就DNA计算的发展前景进行了展望。     

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.     

插入/切割DNA计算系统模型研究

为建立以载体分子为基础的DNA计算系统,根据目的基因和载体分子连接操作的特性构造一类DNA计算模型.该模型基于上下文的插入/删除模型,将线性分子拓展到环形质粒分上进行讨论.以剪接系统理论为基础,对在单一限制性内切酶作用下的插入/切割操作进行模拟.最后证明了这类操作的图灵机表达能力.     

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．     

计算科学的新领域：DNA计算（Ⅰ）

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。本文主要介绍常用DNA分子操作方法，并根据DNA分子的结构及特点，给出了DNA分子的形式化描述。     

一种实现三值逻辑电路的DNA计算模型

近年来,随着生物计算和量子计算研究的深入,多值逻辑电路的各种实现成为一个热门的研究方向.发夹结构是DNA分子一种特殊杂交方式的产物,具有结果稳定、特异性强的优点.本文首次提出了一种利用DNA分子来实现多值逻辑电路的方法,用DNA分子的多发夹结构来表示三值逻辑的值,并给出"与"运算和"或"运算的计算模型,该模型适合应用于大规模的多值逻辑电路.     

DNA计算与DNA计算机研究进展与展望

DNA computing is a new method based on biochemical reactions and molecular biology technology.The paper first introduces the basic principle and advantages of DNA computing, and then surveys DNA computing and DNA computer, finally, points out current existing problems and future search directions of DNA computing and DNA computer.     

DNA分子计算模型

The field of practical DNA computing opened in 1994 with Adleman's paper,in which a laboratory experi-ment involving DNA molecules was used to solve a small instance of the Hamiltonian Path problem. The characteris-tic of this computation is its powerful ability in parallelism,its huge storage and high energy efficiency. This paper mainly introduces the principles of DNA computing and the sticker computing model.     

基于DNA序列的计算技术

DNA计算是由生物学和计算机科学相互结合形成的交叉学科,该文将对此学科的发展进行介绍。首先介绍如何借助于处理DNA序列的方法来解决卖货郎问题,并以此表明DNA计算的可行性;再对DNA的切片重组系统和图灵机系统进行比较,以此说明用切片重组系统来实现图灵机功能的可行性,最后简单介绍待解决的问题.     

图顶点着色问题的DNA计算模型

DNA计算是以DNA分子作为数据的一种新型计算模式.为了减少DNA计算中编码的数量,不降低生化实验操作的可靠性,文中建立了一种基于酶切技术和PCR技术的图顶点着色DNA计算模型,给出了实现该模型的双编码的编码方案.分析表明,利用酶切技术和PCR技术能够有效删除非解并读取真解.该模型的解的检测方法类似于DNA测序技术,使得该模型更容易实现自动化操作.     

基于质粒的DNA计算模型研究

论文给出了一种基于环状质粒DNA计算的新方法,这种计算质粒包含一个特殊的插入DNA序列片断,每个片断定位在匹配的限制性内切位点,通过剪切和粘贴实现计算过程。论文同时给出了生物计算模型和相关的数学描述,这种模式的计算有待进一步研究。     

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.