自治可编程DNA分子逻辑电路算法自组装机理研究

理论研究表明，DNA的自组装规则可作为自治DNA分子装配的算法机制，用于构造复杂的纳米级别的分子器件。针对目前超大规模集成电路的发展所面临的来自于原理性的物理限制和技术性的工艺限制的严峻挑战，结合目前主流的DNA纳米技术的自组装特点，本项目将致力于DNA分子逻辑电路的研制。主要研究内容包括：特异性DNA编码序列的生成及评价、DNA分子瓦的生成及其稳定性评价、基于刚性DNA分子瓦的基本分子逻辑电路单元和分子阵列以及包含有一定规模节点的自治可编程分子逻辑电路的优化设计。并将上述研究成果集成入本项目所开发的自治可编程DNA分子逻辑电路设计系统平台进行分析、评价和验证。本项目研究将有望突破超大规模集成电路发展所面临的瓶颈，拓展纳米电子学和纳米器件实现新途径，丰富DNA纳米自组装技术的理论与算法，为促进相关产业的发展提供理论和技术支持。

针对目前超大规模集成电路发展所面临的来自于原理性的物理限制和技术性的工艺限制的严峻挑战，本项目基于DNA自组装理论与技术，致力于DNA分子逻辑电路的研究。主要研究内容包括：基于DNA序列的热力学和物理化学属性，采用智能优化算法进行特异性DNA编码序列设计，进而构造稳定的DNA分子瓦；根据布尔逻辑运算电路的组装需要，利用现有的DNA分子瓦或者构建新的刚性DNA分子瓦，采用最优化思想和方法（以Tiling理论为基础），刚性DNA分子瓦实现了基本的布尔逻辑运算和较复杂的布尔逻辑运算；基于DNA自组装计算模型，开展了DNA自组装理论在图与组合优化问题和信息安全领域内的应用研究以及相关的生化实验研究。通过本项目的实施，获河南省科技进步二等奖1项，获河南省自然科学优秀学术论文奖一等奖2项、二等奖1项；通过“国际先进水平”省级科技成果鉴定1项、“国内领先水平”省级科技成果鉴定2项；发表学术论文20余篇，SCI收录8篇次，EI收录9篇次；拟发表专著1部，申请发明专利6项。