自组装DNA纳米颗粒计算模型的研究

This research focuses on the field of molecular computing, including establishing DNA/Nanoparticles computing model, detecting information in nano-scale and modularization. Taking advantages of interdiscipline, combination of theory and experiment and highly sensitive devices, we will study the DNA/Nanoparticles computing model in several levels. At first, based on theoretical construction and experimental demonstration, the simple computing models will be established. Then, the new tools as magnetic nanoparticles and DNA chips will be introduced to design a more complicated computing system. Finally, through modularization and assembling, highly parallel and multi-level molecular computing model will be created. In research step, the principle of DNA/Nanoparticles computing model will be well studied.

本项目以当前科研热点分子计算领域为中心，研究DNA纳米颗粒计算模型系统构建、纳米微空间信息体系检测与调控和模块化集成搭建等科学问题。发挥学科交叉、实验与理论紧密结合的优势，借助高灵敏检测仪器与操纵技术，对DNA自组装纳米颗粒计算模型进行多个层次的研究。首先，通过理论建模和实验验证，设计和制备具有简单构型和性能的计算初级模型。在充分实验和精确操控的基础上，引入磁性纳米颗粒和DNA芯片等新型手段，构建集成化复杂计算体系。最后，通过模块化集成，构建多层嵌套的高并行分子计算模型。在研究阶段，通过计算模型理论建模和实验验证，深入了解和探索DNA纳米颗粒计算模型的构建和运作原理。

在国家自然科学基金项目“自组装DNA纳米颗粒计算模型的研究（编号61272126）”资助下，北京大学张成研究组在项目执行期间，结合DNA自组装纳米颗粒技术，利用前沿纳米技术设计并实现了纳米尺度下信息计算和处理，取得了初步的研究成果。研究组针对纳米技术在大规模信息搜索中的困难性、纳米信息处理和纳米智能的并行性和多样性，引入例如DNA自组装和链置换、DNA芯片和DNA/纳米颗粒等技术，对逻辑计算和密码计算体系等领域展开研究。项目期间，课题组发表SCI论文15篇，包括JCR分区一区文章6篇，二区文章7篇，其中一篇发表在本领域顶级期刊Nano Letters （IF：13.6）。同时，培养研究生近10人。期间进行国际合作交流1年时间。作为多学科交叉的前沿领域，DNA纳米颗粒技术在分子计算信息处理研究中的发挥了巨大作用，其发展已经促进了包括纳米集成、并行计算、纳电子学等研究领域共同发展。