基于纳米检测技术的DNA计算模型研究

由于电子计算机的发展受到来自器件工艺技术与制造成本等方面的限制，而.亟待解决的科学问题迫切需要新的高性能计算方法、技术和设备，这促使科学家研究新型信息处理模式，其中以DNA计算为代表的生物计算备受关注。目前现有的DNA 计算模型，还不能解决众多NP-完全问题。本项目是将纳米检测技术引入DNA 计算的研制中，根据金属纳米粒子的独特性质，建立一种通用性好的DNA 计算模型。该模型的优势在于：可克服解空间指数爆炸问题；将解的检测问题与编码问题有机结合起来，将基于纳米技术的DNA检测引入到解的检测，使得DNA 计算机运行速度有较大的提高。本项目拟研究的内容包括：(1)存储库的建立;(2)大规模图信息处理DNA计算模型的设计;(3)纳米DNA检测技术。

DNA分子具有微小性、化学反应超强并行操作性等特点。近年来随着DNA纳米检测技术的发展， DNA计算在信息处理和纳米智能等领域得到广泛的关注和研究。本项目重点围绕着图顶点着色问题的DNA计算模型展开研究，在对纳米颗粒和DNA分子相结合的特性的研究基础上，建立了一种可靠性较高的DNA编码方案，以及建立一种用于求解图顶点着色问题的非枚举型DNA计算模型，并对该模型的可扩展性进行了相应的研究和实验验证。在研究DNA分子和纳米颗粒相结合的技术同时，构建了基于纳米颗粒色变反应的逻辑计算理论模型。目前，关键的实验工作已经完成，已实现了基于DNA分子/纳米颗粒自组装结构的纳米逻辑门系统，通过纳米颗粒群体的色变，获得纳米逻辑运算结果。本项目将DNA计算、纳米技术与NP-完全问题等有机地结合起来展开研究，所得到的计算模型经过理论和实验验证可用于较大规模的图与组合优化问题的求解，且实验技术稳定，对于DNA计算的自动化实现打下了一定的基础。