基于分子信标的与非门改进模型
基于锁核酸的高选择性新型分子信标
与线性核酸探针相 比， 分子信标提高了对单碱基错配的识别能力 ， 但前提是需要对序列进行适当的 优化 １ ．对一 段特 定 的基 因序 列 ，由于 受到单 核苷 酸多态 性 （ Ｎ ） Ｓ Ｐ 位点 周 围序 列组 成 的影 响 ，往往 会 增加分子信标设计 的难度 ，因此发展一种提高分子信标的单碱基错配识别能力的方法很有意义． Ｙｎ ａｇ等 利用 单链 Ｄ Ａ及 双链 Ｄ Ａ与 碳纳米 管作 用 的距 离差 异 ， 碳 纳米管 与单 标分 子信 标结 合 ， Ｎ Ｎ 将
提高 了识别单 碱基 错配 的能力 ．Ａ ｉ ｓ ｋｍｉｕ等 在 核苷 酸上标 记芘 分子 ， ｔ 合成 了一种 不 需要猝 灭 基 团 的 分子信 标 ．在完 全 匹配 的 目标 Ｄ Ａ（Ｄ Ａ） Ｎ ｃ Ｎ 存在 时 ， 分子 信标 与 目标 Ｄ Ａ相 结合 ，由于 碱基 堆积 的 该 Ｎ 影响 ， 芘分 子 的荧光 被猝灭 ；而在 单碱基错 配 目标 Ｄ Ａ（ｍＤ Ａ） 在 时 ， 配碱基 不能 与标记 芘分 子 Ｎ ｓ Ｎ 存 错 的碱基 杂交 ， 分子 荧光信 号恢 复．该分 子信标 的单 碱基 错 配 的识别 能 力 高 ，但 由于在 核苷 酸 上标 记 芘 芘分 子 的合 成路 线复 杂 、 作 繁琐 ，因而 限制 了其发 展． 操 锁核 酸 （ｏｋｄｎｃ ｉ ａｉ，Ｌ Ａ） 一 种新 型 的核苷 酸 衍 生物 ， 结 构 中 卢Ｄ一 喃核 糖 的 ２ Ｌｃｅ ｕｌ ｃ ｃ ｅ ｄ Ｎ 是 其 一 呋 Ｏ， ４－ ＇ Ｃ位通 过缩 水作 用形成 环形 的氧 亚 甲基 桥这一 刚性 的缩合 结构 ．该 构象 不仅显 著提 高 了核 酸 的抗 酶 切能 力 ’］ ＂ ，而且提 高 了杂交 亲和性 ，因此 Ｌ Ａ Ｌ Ａ系统被认 为 是最稳 定 的 Ｗａ ｏ－ｒ Ｎ —Ｎ ｔ ｎＣｉ 基配 对 系 ｓ ｋ碱 统 ．Ｙ ｕ等 研究 了锁核 酸 的修饰对 直 链核 酸 分 子杂 交 的影 响 ， 果 发现 ，在错 配位点 修 饰 １～ ｏ 结 ３ 个锁 核酸 可 明显提 高单碱 基错配 的识 别能力 ．然而 ， 于发 夹 型核 酸分 子 ，目前 尚无错 配 位 点 的锁核 对
DNA自组装模型的几种分子逻辑门的计算
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｇ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｕ ｎ ｉ ｔ ｏ ｆ ＤＮＡ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ，ｂ ｕ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ＤＮＡ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ
ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ＤＮＡ ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｂｙ ｍａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｂ ｅ ａ ｃ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ，ｏ ｒ ｄ ｏ ｉ ｎ ｇ
ＤＮＡ 自组 装 模 型 的几 种 分 子逻 辑 门 的计 算
单静怡 ， 唐静静 ， 殷 志祥
（ 安徽理工大学 理学 院，安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
摘
要： 分子逻辑 门是 Ｄ ＮＡ计 算机的重要单元 ， 也是 实现运算法则的基本条件 。文章 以 ＤＮ Ａ 自组装模 型为
基础 ， 构造 了特殊 的环状 Ｄ ＮＡ序列 。通过将分子信标作为输入信号 ， 或者对输 人信号进 行相应 的标记 ， 实现 了与非 门、 或非 门和异或门 ３种常见复合逻辑 门的构造 。在结 果读取 中 ， 用检 测荧光强 度的方法来 判断逻 辑 真值 。反应后溶液 中有荧光 出现时 ， 表示逻辑值为 １ ； 反 应溶液 中没有荧光 出现时 ， 表示逻 辑值为 ０ 。在 整个
基于移动信标改进的DV-Hop算法
基于移动信标改进的DV-Hop算法涂常艳;张多英【摘要】无线传感器节点定位在整个无线传感器网络体系中占重要地位.DV-Hop 算法是一种免于测距的定位技术,其缺点是仅在节点均匀的密集网络中,才能合理估算节点的位置.针对这种情况,提出了一种基于移动信标的DV-Hop算法.利用一个移动信标节点在网络中按照事先规定的路径遍历整个网络区域,并周期性地广播自己的位置信息给周围的未知节点.未知节点通过有选择的组合估算多个自身位置,多个自身位置的质心即为最后估算的位置信息.最后通过仿真结果证明此种改进算法可以减小定位误差.%The localisation algorithm for the wireless sensor networks has important position in the wireless sensor network. DV-Hop is a kind of range-free localisation algorithm. Its defect is reasonable position estimate only in the node of the uniform dense network. In view of this situation, an improved DV-Hop algorithm based on mobile beacon dynamic seletion is proposed. A mobile beacon is used to move around the network according to predestinate path and broadcast messages with its localization infomiation. Unknown node dynamic calculate its position through particular combinations and the final estimate the position information of node is centroid of multiple combination results. Simulation results prove that the algorithm can improve the localization precision.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)007【总页数】5页(P1539-1543)【关键词】无线传感器网络;移动信标节点;DV-Hop【作者】涂常艳;张多英【作者单位】暨南大学信息科学技术学院电子工程系,广州510632;暨南大学信息科学技术学院电子工程系,广州510632【正文语种】中文【中图分类】TP393.04在无线传感器网络中，确定传感器节点自身位置和确定事件发生的位置是网络的基本功能之一［1］。
分子信标设计
分子信标设计一、引言随着科技的不断发展，分子信标设计在生物医学、材料科学、纳米技术等领域中扮演着重要的角色。
分子信标是指一种具有特定结构和功能的分子，可以用于标记、检测和追踪物质的位置和运动。
本文将介绍分子信标设计的原理、应用和发展前景。
二、分子信标的原理分子信标的设计主要基于分子的特异性识别和多样性功能。
分子可以通过特定的化学键、配位键或非共价相互作用与目标物质发生结合。
通过改变分子的结构和功能，可以使其具备特定的识别能力和信号发射能力。
分子信标的设计需要考虑选择合适的分子骨架、功能基团和连接方式，以实现目标物质的高选择性和灵敏度检测。
三、分子信标的应用1. 生物医学领域分子信标在生物医学领域中具有广泛的应用。
例如，分子信标可以用于标记和追踪肿瘤细胞，以实现肿瘤早期诊断和治疗。
分子信标还可以用于药物传递系统的设计，通过控制信标释放来实现药物的靶向治疗。
此外，分子信标还可以用于疾病标记物的检测和监测，为临床诊断提供有力支持。
2. 材料科学领域分子信标在材料科学领域中有着重要的应用价值。
分子信标可以用于研究材料的结构和性能，帮助科学家们更好地理解材料的特性和行为。
分子信标还可以用于材料的质量控制和品质检测，确保材料的性能和稳定性。
此外，分子信标还可以用于材料的功能化修饰，赋予材料特定的性能和功能。
3. 纳米技术领域分子信标在纳米技术领域中也有着广泛的应用。
分子信标可以用于纳米材料的制备和表征，帮助科学家们研究纳米材料的结构和性能。
分子信标还可以用于纳米材料的定位和追踪，实现对纳米材料的精确控制和操作。
此外，分子信标还可以用于纳米材料的组装和自组装，实现纳米器件的构建和功能调控。
四、分子信标的发展前景随着科技的不断进步，分子信标设计将迎来更加广阔的发展前景。
一方面，随着分子生物学、化学和材料科学的交叉融合，分子信标的设计和应用将变得更加多样化和复杂化。
另一方面，随着技术的不断革新，分子信标的灵敏度、选择性和可控性将不断提高，为科学研究和应用开辟更多可能性。
基于DNA链置换实现的逻辑门(异或门)
结合荧光标记的DNA链置换技术实现DNA逻辑门---非门，异或门1.引言计算机技术被认为是20世纪三大科学革命之一，电子计算机为社会的发展起到了巨大的促进作用，但是量子物理学已经成功的预测出芯片微处理能力的增长不能长期地保持下去。
基于这一原因，科学家们正在寻找其他全新的计算机结构，例如人工神经网络计算机、量子计算机、光学计算机等及DNA计算机。
1994年，美国加利福尼亚大学的Adleman博士提出利用DNA(脱氧核糖核酸)对一个图论中的NP．完全问题．有向图的Hamilton路问题进行编码，借助连接、变性、复性、PCR扩增、电泳等生物操作可以求解出这一问题。
这一研究成果引起了数学、物理、化学以及生物界科学家们的广泛关注，也开辟了DNA计算的新纪元。
随后许多有关专家纷纷探讨并研究了DNA计算乃至DNA计算机的可行性。
这无疑是一个极具开发价值的研究领域。
具体原因如下：DNA计算具有高度的并行性，运算速度快，一周的运算量相当于所有电子计算机从问世以来的总运算量。
(1)DNA作为信息的载体其储存的容量非常之大，1m3的DNA溶液可存储的二进制数据，远远超过当前全球所有电子计算机的总存储量。
(2)DNA计算机所消耗的能量只占一台电子计算机完成同样计算所消耗的能量的十亿分之一。
(3)DNA分子的资源很丰富。
总之，DNA计算机的出现将会给人类文明带来一个质的飞跃，给全球带来巨大的改变。
就DNA计算机的上述优点及应用前景吸引了不同学科、不同领域的很多科学家，尤其是计算机科学家、生物学、化学、数学、物理和工程等领域的科学家。
2.DNA计算的基本思想DNA计算是一种以DNA为主及其相关的生物酶等作为最基本的原料、基于某些生化反应原理的一种新型的分子生物计算方法。
DNA计算的基本思想是：利用DNA 特殊的双螺旋结构和碱基互补配对原则进行信息编码，把要运算的对象映射成DNA分子链，在生物酶的催化作用下，生成各种数据池，然后按照一定的原则将原始问题的数据运算高度并行的映射成DNA分子链的可控的生化反应过程。
移动信标改进的DV-Hop算法
移动信标改进的DV-Hop算法陈志国;傅毅;须文波;孙俊【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2013(034)012【摘要】为了提高无线传感器网络的节点定位精度并降低系统开销,提出了一种新的移动信标改进的DV-Hop算法.首先提出了一种最佳维改进的量子粒子群优化算法(best dimension quantum-behaved particle swarmoptimization,BDQPSO),然后在DV-Hop算法的第三阶段采用BDQPSO算法校正DV-Hop算法获得的节点位置,最后用基于虚拟力的静态和动态路径相结合的移动信标路径算法降低系统开销.仿真实验结果表明,提出的改进算法性能稳定,能显著降低DV-Hop算法的定位误差和系统开销.【总页数】5页(P4094-4098)【作者】陈志国;傅毅;须文波;孙俊【作者单位】江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122;无锡环境科学与工程研究中心,江苏无锡214063;江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122;江南大学物联网工程学院轻工过程先进控制教育部重点实验室,江苏无锡214122【正文语种】中文【中图分类】TP39【相关文献】1.群体智能和移动信标改进的DV-Hop算法 [J], 陈志国;傅毅;须文波;孙俊2.基于移动信标的改进DV-Hop算法 [J], 刘杰;董淑福;温东;王坤3.基于移动信标的改进DV-Hop算法 [J], 刘杰;周柯;王莹凯4.一种基于移动信标节点加余弦定理的DV-Hop改进算法 [J], 胡平霞;丁锋;邓阿琴;曾斯;朱鹏5.一种基于移动信标节点加余弦定理的DV-Hop改进算法 [J], 胡平霞;丁锋;邓阿琴;曾斯;朱鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于微流控芯片的0-1整数规划的分子信标模型
基于微流控芯片的0-1整数规划的分子信标模型陈玉华;沙莎【摘要】文章讨论了微流控芯片技术和分子信标技术的概念，将微流控芯片技术与分子信标技术结合在一起，建立一种基于微流控芯片的0-1规划问题的分子信标计算模型。
该模型具有尺寸微小、操作自动化、耗材成本低、反应效率高、结果精确可靠等优点，弥补了传统 DNA 计算模型的不足，使 DNA计算从理论走向实际成为可能。
%The concept of microfluidic chip technology and molecular beacon technology were discussed in this paper,microfluidic chip technology and molecular beacon technology were combined together, A molecular beacon calculation model for the 0-1 programming problem based on microfluidic chip was established. The model had the advantages of tiny size, automation, low material cost, high reaction efficiency and the result was accurate and reliable. Which make up the shortage of traditional model of DNA computing and DNA computing from theory to practice possible.【期刊名称】《广东技术师范学院学报(社会科学版)》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】5页(P20-23,40)【关键词】DNA 计算;微流控芯片;分子信标;0-1 整数规划【作者】陈玉华;沙莎【作者单位】安徽理工大学理学院，安徽淮南 232001;安徽理工大学理学院，安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TP3011994年，美国加利福尼亚大学的Adleman博士利用分子生化实验技术解决了Hamiltion路径问题［1］，这一成果引起了人们对DNA计算研究的关注.DNA计算的高度并行性、大容量、高效率、低能耗等特点吸引了人们用其来解决一类困难问题并取得了非凡的成果.如最大团问题、SAT问题、最大独立集问题等［2-4］.DNA计算经过二十年的发展，无论是在模型设计还是在硬件实现上都有了重大的进展.学者们提出了不少DNA计算模型，如粘贴模型［5］、剪接模型［6］、插入/删除系统计算模型［7］和自组装DNA计算模型［8］等.这些模型的实现方式都是基于试管或表面的，这需要手工操作和大量材料，从而具有操作误差大、反应时间长、反应效率低、结果不易检测等缺点.为此，提高DNA计算的实用性、通用性和可靠性是非常重要的.微流控芯片技术具有操作自动化、高通量并行性、反应效率高、结果精确可靠等优点，减少了人工操作和反应时间，提高了DNA计算的可靠性.文章将微流控芯片技术与分子信标技术结合起来，建立一种基于微流控芯片的分子信标模型，并将该模型应用于求解0-1整数规划问题中.该模型弥补了传统DNA计算模型的不足，在计算问题的研究领域发挥着巨大作用，成为了DNA计算研究领域的新宠.微流控芯片是指在一个集微反应器、微通道、微阀、微泵、微分离器、和微检测器等功能部件于一身的微小的芯片平台上进行生物或化学领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作，利用微通道形成的网络来控制流体贯穿整个系统的一种技术（如图1所示）.微流控芯片具有传统生化操作无法比拟的优势，它具有反应效率高、样品消耗低、操作自动化、尺寸微小和功能齐全等优点，已广泛应用于生物、化学和医学等研究领域.1996年，Tyagi和krmar首次提出了一种荧光探针——分子信标.分子信标一般由环状区、茎干区、荧光基团和猝灭基团组成.环状区一般由15～30个碱基组成，能与靶基团进行特异性结合，是分子信标的基团识别区.茎干区一般由5～8个互补碱基对组成.在分子信标的5'端和3'端分别连接荧光基团和猝灭基团.在自由状态下，分子信标呈茎环结构，荧光基团与猝灭基团距离非常靠近，猝灭基团吸收荧光基团的荧光并以热能发散，此时没有荧光出现.当靶基团出现时，分子信标打开，环状识别区与靶基团进行特异性结合，形成双链杂交体，荧光基团与猝灭基团距离拉大，猝灭基团不能汲取荧光基团的荧光，此时荧光出现.图2所示为分子信标的作用示意图.基于微流控芯片的分子信标模型的模型原理是在设计有入液口、样品池、混合器、反应池、储液池、荧光检测装置、暂存池、微阀、微通道、出液口等结构的微流控芯片上，通过一系列的操作来完成分子信标DNA链与目标分子的杂交反应，并通过荧光检测装置检测反应结果.微流控芯片结构俯视图如图3所示.在图3中，微阀的作用是控制液体流向，当微阀处于打开状态时，液体可以在微通道流动；当微阀处于关闭状态时，液体则不能在微通道流动.基于微流控芯片的分子信标模型的具体操作步骤如下：设置.设置好反应环境：①往微通道内加入一定PH值的缓冲溶液，以适合分子信标DNA链的移动.②向储液池中加入杂交反应所需的生物酶.③往入液口1加入含有分子信标序列的溶液，暂存于样品池1；往入液口2加入含有与分子信标环部识别区互补的靶序列，暂存于样品池2.④将反应池的温度控制在30℃，确保分子信标在整个反应过程中是稳定的.混合.打开微阀1和微阀2，样品池1和样品池2的溶液流入混合器，使它们充分混合，混合后流入反应池.反应.打开微阀3，使储液池的生物酶流入反应池，分子信标溶液和靶序列溶液在生物酶的参与下发生杂交反应.检测.反应池的溶液充分反应后，打开微阀4，使反应后的溶液流入荧光检测装置，荧光检测装置将检测出荧光并拍照记录下来.此时，发出荧光的DNA链带有电流信号，在电场力的作用下流入暂存池，而无荧光的DNA链的溶液无电流信号，直接经微通道流向出液口.加热.对暂存池中的溶液进行加热解链.解链后，打开微阀5，溶液经微通道流向出液口.上述操作的溶液流动方向均由驱动电极控制.等上述操作结束后，往入液口1和入液口2中加入清洗溶液，在电场力的作用下依次流向混合器、反应池、荧光检测装置、暂存池，最终经微通道从出液口流出，完成芯片的清洗.4.1 0-1 整数规划问题0-1整数规划是指其变量xi只取0或1，它是整数规划的特殊情况.0-1整数规划问题有着广泛的应用，在运筹学中占据着重要地位.文章主要研究0-1整数规划问题的一种特殊情况，即为4.2 生物操作步骤（1）对于含有n个变量x1，x2，…，xn和m个方程的方程组，首先合成2n种短的寡聚核苷酸，将其分为两组，x1，x2，…，xn为第一组的n种寡聚核苷酸，为第二组的n种寡聚核苷酸.为了确保算法的正确性，这两组的寡聚核苷酸要具有至少四个以上的不同.这里xi取1，取0，i=1，2，…，n.将这两组寡聚核苷酸生成2n种DNA单链.根据Watson-Crick配对原则可以确定第一组的补链为为了更好地操作，将补链制作成分子信标环部识别区的寡聚核苷酸片段.为了便于区别，这些分子信标着不同颜色的荧光素.（2）设置好微流控芯片的反应环境：①往微通道内加入一定PH值的缓冲溶液，以适合分子信标DNA链的移动.②向储液池中加入杂交反应所需的生物酶.③往入液口1加入含有种DNA单链的溶液，暂存于样品池1；往入液口2加入含有与第一个约束方程的各个变量互补的的分子信标序列的溶液，暂存于样品池2.④将反应池的温度控制在30℃，确保分子信标在整个反应过程中是稳定的.（3）打开微阀1和微阀2，样品池1和样品池2的溶液流入混合器，使它们充分混合，混合后流入反应池.（4）打开微阀3，使储液池的生物酶流入反应池，使这两种溶液在生物酶的参与下发生杂交反应.（5）反应池的溶液充分反应后，打开微阀4，使反应后的溶液流入荧光检测装置，荧光检测装置将检测出荧光并拍照记录下来.此时，发出荧光的DNA链带有电流信号，在电场力的作用下流入暂存池，而无荧光的DNA链的溶液无电流信号，直接经微通道流向出液口.（6）对暂存池中的溶液进行加热解链.解链后，打开微阀5，溶液经微通道流向出液口.（7）对剩余的约束方程重复进行步骤（3）～（6），这样就可以得到满足约束方程的解，通过比较目标函数的值，从而得到问题的最优解.4.3 实例分析下面具体求解一个简单的0-1整数规划问题：具体的求解步骤如下：（1）首先合成9种寡聚核苷酸，分成3组，第一组表示为x1，x2，x3，第二组表示为第三组表示为制作成分子信标环部识别区的寡聚核苷酸片段.为了便于区别，这些分子信标着不同颜色的荧光素.（2）设置好微流控芯片的反应环境：①往微通道内加入一定PH值的缓冲溶液，以适合分子信标DNA链的移动.②向储液池中加入杂交反应所需的生物酶.③往入液口1加入含有8种DNA单链的溶液，暂存于样品池1；往入液口2加入含有与第一个约束方程x1+x2+x3≥2的各个变量x1，x2，x3互补的分子信标序列的溶液暂存于样品池2.④将反应池的温度控制在30℃，确保分子信标在整个反应过程中是稳定的.（3）打开微阀1和微阀2，样品池1和样品池2的溶液流入混合器，使它们充分混合，混合后流入反应池.（4）打开微阀3，使储液池的生物酶流入反应池，使这两种溶液在生物酶的参与下发生杂交反应.（5）反应池的溶液充分反应后，打开微阀4，使反应后的溶液流入荧光检测装置，荧光检测装置将检测出荧光并拍照记录下来，其可行解为011，101，110，111. （6）对暂存池中的溶液进行加热解链.解链后，打开微阀5，溶液经微通道流向出液口.（7）对剩余的两个约束方程重复进行步骤（3）～（6），它们的可行解分别为000，001，010，100，011，101；000，001，010，100，101，110.这样就可以得到满足约束方程的解为101，即(x1，x2，x3) =(1，0，1).目标函数的最小值为5.文章利用微流控芯片技术的优势，在微流控芯片上实现分子信标DNA计算，建立一种基于微流控芯片的分子信标计算模型.利用微流控芯片的自动化等优点与分子信标的易检测等特点结合在一起，避免了基于试管的DNA计算模型和基于表面的DNA计算模型的手工误差和材料浪费等缺点，有效地提高了DNA计算的效率和准确性.文章将该模型应用于求解0-1整数规划问题中，验证该模型是否真的可行.事实证明，比起传统模型来，基于微流控芯片的分子信标模型确实更易操作，求解结果更精确可靠.当然，由于微流控芯片的反应条件要求较高，要控制好溶液的PH值和反应温度等，才能保证反应的顺利完成.对于这些问题还需寻找更好的办法解决，因此下一步工作是在简化反应条件的同时保证反应结果的精确度不受影响或者得到更好的提高.【相关文献】［1］Adleman L M.Molecular computation of solutions to combinatorial problems ［J］.Adleman L M,1994,266 (5187):1021-1023［2］Ouyang Qi,Kamplan P D,Liu S M,Libch aber A.DNA solution of the maximal clique problem Science, 1997,278(17):446-449［3］Liu Qinghua,Wang Liman,Frutos Anthony G.DNA computing on surfaces,Nature，2000，403：175-179［4］Yang Zhou,Duan Ziming.An Algorithm Solving the Maximum Independent Set of Graph［J］.Computer(6): 13-14Development＆Application,2002,15［5］Roweis S,Winfree E,Burgoyne R,et al.A sticker based architecture for DNA computatio［J］.Roweis S,Winfree E,Burgoyne R,et al,1998,5(4):615-629［6］Roweis S,Winfree E,Burgoyne R,et al.A sticker based architecture for DNA computatio［J］.Roweis S,Winfree E,Burgoyne R,et al,1998,5(4):615-629［7］FrenndR,KariL,PaunG.DNA computing based on splicing:the existence of universal computers［J］.Theory of Computing Systems,1999,32(1):69-112.［8］Winfree E,Liu F,Wenzler L A,et al.Design and selfassembly of two-dimensional DNA crystals［J］.Nature, 1998,394(6):539-544［9］McCaskill J S.Optically programming DNA computing in microflow reactors ［J］,Biosystems,2001,59(2):125-138.［10］Livstone M S,Weiss R,Landweber L F.Automated design and programming of a microfluidic DNA computer［J］.Natural Computing,2006(5):1-13.［11］Xu J H,Li S W,Tostada C,et al.Preparation of Mono-dispersed Chitosan Microspheres and in Situ Encapsulation of BSA in a Co-A xial Microfluidic Device［J］.Biomed Microdevices,2009,11(1):243-249.［12］殷志样,张风月,许进.基于分子信标的DNA计算［J］.生物数学学报,2003,18(4):497-501. ［13］殷志祥.图与组合优化中的DNA计算［M］.北京:科学出版社,2004,12.［14］陈瑞,许进.MAX-SAT问题的分子信标解决方法［J］.计算机工程与应用,2005(20):51-52. ［15］张勋才,郗方.基于微流控技术图顶点着色问题的DNA计算模型［J］.吉林大学学报(工学版,2012(42): 1-6.［16］石晓龙,殷志祥.微流控制系统在DNA计算中的应用［J］.计算机工程与应用,2006(11):183-185［17］殷志祥,许进.分子信标芯片计算在0-1整数规划问题中的应用［J］.生物数学学报,2007,22(3):1-6［18］王静.基于微流控芯片的DNA计算研究［D］.淮南:安徽理工大学，2014.［19］瞿祥猛,林荣生,陈宏.基于微流控芯片的微阵列分析［J］.化学进展,2011,23(1):221-230. ［20］张勋才,郗方.微流控DNA计算的研究进展及展望［J］.计算机工程与应用,2011,47(32):37-41.。
基于分子信标的可满足性问题的粘贴模型
基于分子信标的可满足性问题的粘贴模型陈玉华;殷志祥【摘要】为了解决NP完全问题中的可满足性问题,将分子信标和粘贴模型的优势结合起来,设计了一种新的以分子信标为粘贴链的粘贴模型,并将该模型应用于可满足性问题的求解.由于分子信标具有易操作、高灵敏度、高特异性等特点,将分子信标作为粘贴链,分子信标粘贴链比普通粘贴链链更有优势,利用该模型求解问题的操作简单且容易观测,求得问题的解比普通的粘贴模型更准确可靠.【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】6页(P20-24,43)【关键词】分子信标;粘贴模型;可满足性问题【作者】陈玉华;殷志祥【作者单位】安徽理工大学理学院,安徽淮南232001;安徽理工大学理学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TP301DNA计算是一种新型的计算模式，它在解决NP完全问题上，所表现出来的优势是传统图灵机无法比拟的。
正因如此，人们对DNA计算产生了浓厚的兴趣。
1994年，美国加利福尼亚大学的博士Adleman开创了DNA计算领域，利用DNA分子成功解决了有向Hamilton路问题[1]，为人们进一步研究DNA计算做好了铺垫，燃起了人们对解决NP完全问题的希望。
在这之后的二十年里，DNA计算的研究取得了很大的成就。
许多学者提出了不同的DNA计算模型，主要包括：粘贴DNA计算模型，插入-删除系统模型，自组装模型等，并将这些模型应用在求解NP完全问题上。
对于粘贴模型，学者们利用该模型解决了不少NP完全问题，如图的最小覆盖问题、最大团问题、图的顶点着色问题[2-7]629等等。
本文在前人研究粘贴模型的基础上，提出了一种新型粘贴模型，该模型不同于普通的粘贴模型，它是与分子信标相结合的一种新模型。
由于分子信标具有易操作、高灵敏度、高特异性等特点，将分子信标融入粘贴模型，以分子信标作为粘贴链，这样的模型操作简单，比普通粘贴模型更易观测，结果更准确可靠。
分子信标的研究及应用
分子信标的研究及应用90413118 马晓雯90413129 李艳丽90413130 鲁涛90413123 蒋昱萌【关键词】：分子信标分子信标原理生物传感器分子信标应用：实时荧光PCR【摘要】：分子信标是一种基于荧光共振能量转移原理设计的一种新型核酸荧光探针，其与靶序列结合会发生结构的变化从而影响荧光信号。
因其检测具有高灵敏、高特异性，并且可用于活体的实时检测，因而被广泛的应用于生化分析，生物医学等很多领域。
本文主要就分子信标的工作原理和应用进行介绍。
1、引言分子信标是一种可以特异识别核酸序列的新型荧光探针，这种荧光探针是通过与核酸靶分子进行杂交后构象发生变化而发出荧光的。
这项技术是Sanjay Tyagi于1996年首次发明的[1]，因其具有背景信号低、灵敏度高、特异性识别性强、操作简单以及不必与未反应的探针分离即可实时检测等优点,在短短的几年内得到了迅速的发展,并已广泛地应用于实时监测聚合酶链反应、基因突变的快速分析、ＤＮＡ、ＲＮＡ的检测、ＤＮＡ/ＲＮＡ杂交的动力学研究以及ＤＮＡ/蛋白质相互作用研究等,其应用领域仍在不断拓展。
2、原理2．1分子信标的结构分子信标属于单链寡核苷酸探针,其巧妙之处在于独特的茎环状结构(也称发夹型)。
分子信标的设计一般包括三个部分:(1)环状区：一般为长度为15～30个碱基的序列,其通过与待测核酸链互补结合,从而与目标分子特异结合;(2)茎干区：通常为长度为5～8个碱基的互补序列,茎干区与杂交后环状区-目标分子的双链结构之间的热力学平衡关系,使分子信标的杂交特异性明显高于常规的线状探针;(3)荧光基团和猝灭基团：荧光基团一般联接在信标分子的5’-端;猝灭基团联接在3’-端。
常用4-(4’-二甲基氨基偶氮苯基)苯甲酸(DABCYL)作为猝灭基团,德克萨斯红(TexasRed)、荧光素(Fluoresein)等作为荧光基团。
（图1为经典分子信标结构）[10]2．2工作原理当靶序列不存在时,分子信标茎干区特异结合形成发夹结构,茎部的荧光分子与淬灭分子非常接近(7～10ｎｍ), 当受到激发光激发时, 荧光基团发出荧光;由于淬灭分子吸收光谱与荧光基团的荧光发射光谱重叠,因此可发生荧光共振能量转移（FRET）[2],即荧光分子发出的荧光被淬灭分子吸收并以热的形式散发,此时荧光背景极低检测不到荧光信号;当有靶序列存在时,分子信标的环序列与互补靶序列特异性结合, 形成相对刚性并且更加稳定的异源双链杂交体，此时荧光分子与淬灭分子分开,二者之间的空间距离增大, 根据Foerster理论, 中心荧光能量转移效率与两者距离的6次方成反比，所以荧光分子发出的荧光不能被淬灭分子吸收,荧光几乎100%恢复，从而可检测到荧光。
基于分子信标的异或门DNA自组装计算模型
； ｇ７
其 中包 含 两 组一 Ｇ Ｇ Ｇ 一 序 列 ，当 在表 面 添加 吡啶 二 聚物 时 ，在 其作 用 下 ，Ｇ —Ｇ 自发 的配 对 ，使得 茎 部序 列 的结合 力增 强 ，导致 与环 部杂 交形 成 的双链 解 开 ，从而 形成 “ 发 夹 ”结构 。当把表 面 上 的吡啶 二 聚物清 洗掉 时， “ 发夹 ”结 构打 开 。因为 吡 啶二 聚物容 易清 洗 ，所 以 “ 发夹 ”结 构 的形成 与打 开 易 于控 制，这类似 于 电子 电路的开关 。 三 、异或门 的生 物操作 异 或 门是指 当有 两个 输入 时 ，如 果恰有 个输 入 为 １ ，则 输 出 １ ，否则 为 ０ 。换 句话 说 ，如果两 个输入不 同 ，则 异或 门输 出 １ 。本 文通 过 是否 形成 发夹 结构 来判 断 真值 ：形 成 发夹 结构为 真，即为 “ １ ” ，否则 为 “ ０ ”。 １ ． 编码 本 文 的 设 计 是 基 于 固 体 表 面 ，首 先在 Ｄ Ｎ Ａ 序 列 的５ 设 计 一 段 作 为 分 子 臂 ， 用 来 固 定在 表 面 上 并起 到 隔开 Ｄ Ｎ Ａ 序 列 。输入 变 量 的序 列 Ｕ 、Ｖ 和在 变 量 序列 两 边 的长 度 为 １ 的 茎干 部位 序 列Ｓ 。 ， Ｓ ２ ，Ｓ 】 ， Ｓ ２ 是含 有一 Ｇ Ｇ Ｇ 一 的 互补序 列 ，使 得在 没有 吡啶 二 聚物 （ Ｎ ａ ｐ ｈ ． ｔ ｈ ｙ ｒ ｉ ｄ ｉ ｎ ｅ Ｄ ｉ ｍ ｍ ｅ ｒ ） 的条件 下 ，它们 不会互补 杂交 ． 此外 ，在 设计变量 Ｓ ， Ｓ 及径杆 序列时 必 须 满足 ：径 杆序 列杂 交 时 的结 合 力要 大于在 环 部长 度为 ２ ｌ 的序列 杂交 时 的结 合力 ，而 小 于 长度为４ ｌ 的序列杂 交时 的结合力 （ 如 图２ 所 示 ）。这样使 得 存在 毗啶 二聚物 时ｓ ， ， Ｓ 自发 的形成 ”发 夹”结构 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分 子 时 代 。２ ０ 世纪 ６ ０年 代 ， Ｆ ｅ ｙ ｎ ｍａ ｍｌ ＿ １ 首 次 提 出 了分 子
计 算 的思 想 。２ Ｏ世 纪 ８ Ｏ年 代 ， 随 着 人 们 对 分 子 生 物 学 理
第１ ４ 卷 第３ 期
２ ０１ ５ 年 ３ ｉ ｆ Ｊ
软 件 导 刊
Ｓｏ ｌ ｗａ ｆ ｌ ＇ ｅＧｕ ｉ ｄｅ
ｖ０ １ ．１ ４ ＮＯ ．３ Ｍａ ｒ ． ２Ｏｌ ５
基 于 分 子 信 标 的 与 非 门改 进 模 型
李 楠
（ 安徽 理 工大 学 理 学院 ， 安徽 淮 南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
论 了解 的 日益 加 深 ， 分 子 计 算 的 条 件 已基 本 具 备 。 １ ９ ９ ４ 年， Ｌ ｅ ｏ ｎ ａ ｒ ｄ Ｍ． Ａｄ ｌ ｅ ｍａ ｎ ＿ ２ 用 ＤＮＡ 计 算 解 决 了有 向 Ｈａ ｍ— ｉ ｌ ｔ ｏ ｎ 路 问题 ， 首 次 从 实 验 上 证 明 了分 子 计 算 机 的 可 行 性 。 分 布 式 Ｍｙ Ｓ Ｑ Ｌ集 群 的查 询 代 理 层 ， 具 备 数 据 装 载 和 数 据 查 询 功能 ， 如图 ４ 所 示 。为 了 充 分 利用 各个 节 点 的并 行 计 算 能 力 和避 免 大量 明细 数 据 的 网络 传 输 开 销 ， 按 路 由字 段 的值 分 片 ｓ ＱＬ ， 使每个节点就 近读取本 地存储 的数据 ， 进 行计算 获得局部最优解 ， 最终 的全局最优解是各个节点返 回的 局 部最 优 解 的 一 个 简 单 汇 总 。在 查 询 代 理 层 还 对 各 异构表 Ｊ ＯＩ Ｎ、 ＵＮＩ ＯＮ、 排序 、 去重 、 表 达 式 求 值 等计 算 ， 以 ＨＴ Ｔ Ｐ协议 对 外 提 供 ｒ ｅ ｓ ｔ ｆ ｕ ｌ 方 式 的接 口等 。
作者 简 介 ： 李楠 （ １ ９ ８ ９ 一） ， 女， 安徽庐江人 ， 安 徽 理 工 大 学 理 学 院硕 士研 究 生 ， 研 究方 向 为组 合 优 化 。
０ 引 言
近年来 ， 信 息 处 理 已经 从 电 子 芯 片 时代 发 展 到 到 生 物
１ ９ ９ ９年 ， Ｏ ｇ ｉ ｈ ａ ｒ ａ等 首 次 提 出 布 尔 逻 辑 分 子 计 算 机 模 型， 其 基 本 含 义 是 使 用 核 酸 ＤＮＡ 分 子 来 模 拟 布 尔 逻 辑 ， 从 而 最 终 实 现 以 ＤＮＡ 为 核 心 的 分 子 计 算 机 。２ ０ ０ ３年 ，
摘 要 ： 近年来 ， Ｄ ＮＡ计算在各个领域得到 了广泛应 用， 基于分子信标 的布 尔电路 成为其 中一个 热 门研 究方 向。提
出 了一 种 用 纳 米 金 代 替 传 统 有 机 染 料 的 新 的 基 于分 子 信 标 的 与 非 门模 型 ， 与 已有 模 型 相 比 ， 该模型 结果更可靠 ， 反 应
Ｓ ｔ ｏ ｊ ａ ｎ ｏ ｖ ｉ ｅ等 利 用 ＤＮＡ 分 子 的 碱 基 配 对 和 双 螺 旋 结 构， 首 次 建 立 了 ３种 ＤＮＡ 逻 辑 ｆ － ｊ 。２ ０ １ ０年 ， Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ等 利 用环状 Ｄ Ｎ Ａ作为 亚基 ， 以纳米 金作 为 检测 手段 ， 构建了 环 状 ＤＮＡ 逻 辑 门 ， 该 系 统 中环 状 ＤＮＡ 作 为 一 个 基 本 单 位 和 线性 ＤＮＡ 单 链 分 子 被 作 为 输 入 和 输 出 信 号 。
研 究［ Ｄ ］ ． 上海： 同济大学， ２ ０ １ ２ ．
［ ３ ］ 朱珠 ． 基 于 Ｈａ ｄ ｏ ｏ ｐ的 海 量 数 据 处 理 模 型研 究 和 应 用［ Ｄ］ ． 北京 ： 北
京邮电大学， ２ ０ １ １ ．
［ ４ ］ 蔡斌， 陈湘 萍． Ｈａ ｄ ｏ ｏ ｐ技 术 内 幕 ： 深 入 解 析 Ｈａ ｄ ｏ ｏ ｐ Ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ 和 ＨＤＦ Ｓ架 构 设 计 与 实现 原 理 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机械工业 出版社 ， ２ ０ １ ３ ： ５ ６
参 考 文献 ：
路 由
［ １ ］ 智 勇．基 于 移 动通 信 信 息 资 源 的人 口流 动 趋 势 研 究 ［ Ｊ ］ ． 山 东社 会
科 学， ２ ０ １ ３ （ ５ ） ： １ ０ ２ — １ ０ ５ ．
［ ２ ］ 王 大 力． 基 于移 动 通 信 数 据 处 理 的 公 安 流 动 人 口 管 理 系统 设 计 与
更灵敏。
关键词 ： ＤＮ Ａ 计算； 纳米金 ； 分 子Байду номын сангаас 标 ； 与非 门 Ｄ ｏＩ ： １ Ｏ ． １ １ ９ ０ ７ ／ ｒ ｊ ｄ ｋ ． １ ４ ３ １ ０ １ ０
中图 分 类 号 ： ＴＰ ３ —０ ５
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ — ７ ８ ０ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ０ ３ — ０ ０ ３ ８ － ０ ３
５ ９ ．
［ ５ ］ 程莹 ， 张 云 勇． 基 于 Ｈａ ｄ ｏ ｏ ｐ及 关 系型 数 据 库 的 海 量 数 据 分 析 研 究
［ Ｊ ］ ． 电信科学 ， ２ ０ １ ２ （ １ １ ） ： ４ ７ — ５ ０ ．
图４ 分 布式 Ｍｙ Ｓ ＱＬ集 群 数 据 查 询
（ 责任编辑 ： 杜能钢）
５ 结 语
本 文 介 绍 的 基 于 移 动 通 信 大 数 据 处 理 的 Ｈａ ｄ ｏ ｏ ｐ技 术架构及其相关技术 ， 现 已 在浙 江 省 某 电信 移 动 公 司 大 数 据 处 理 工 作 中实 施 。系 统 具备 较 高 的并 发 性 和 可靠 性 ， 针 对 １ ０ ０ ＴＢ一 １ ０ Ｐ Ｂ的 海 量 数 据 交 互 式 查 询 ， 可 在 给 定 时 间 返 回结 果 。系 统 可 以很 好 地 支 撑 基 于 移 动 通 信 大 数 据 的 流 动 人 口统 计 工 作 。