“模块化自组装”DNA计算模型的研究

The project will focus on the DNA computing model based on “multi-level modular self-assembly”. In this computing model, nano-modules are the units with composable, resoluble and replaceable abilities. Through designing the units as different functional modules, and dividing the whole problem into individual sub-units, the complex computing problem will be figured out. To realize the model, the specific nanostructures will be produced by “down to up” integrated module. In addition, the computing system will be achieved by introducing nanoparticles and high polymers. Finally, large scale computing and information processing can be carried out via Algorithm design and modular assembly. In general, this project targets to the key of computing area, and is combined with hot topic. Therefore, it is important and valuable to pay more attentions to this computing model research.

本项目拟围绕基于“多级模块自组装”技术的DNA计算模型展开多层次研究。在该计算系统的结构中，纳米模块是可组合、分解和更换的单元。通过将不同组分设定为不同的功能模块，同时把问题分解成独立、互相作用的亚单元，来实现大型的计算问题的处理。模型的具体实现是利用自组装技术，自下而上进行模块化集成，获得多种特异性结构。再利用分层多级组装的方法，引入纳米颗粒或蛋白质与高分子等结构，分步实现计算系统。再通过算法设计和模块分级集成，设计并实现大规模型逻辑计算系统和信息处理单元。从整体上看，该项目针对目前计算领域核心问题，又与前沿热点紧密结合，因此对该计算展开多角度的研究具有重要的意义和应用价值。

在国家自然科学基金项目：“模块化自组装”DNA计算模型的研究（编号61672044）”资助下，北京大学张成副研究员课题组在一年期项目执行期间，结合DNA自组装和纳米颗粒技术，通过设计复杂分子逻辑回路，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DNA分子计算的复杂性和多样性，结合纳米信息处理和纳米智能技术，引入例如DNA自组装和链置换、纳米孔和DNA/纳米颗粒等技术，对逻辑计算和纳米操控体系等领域展开研究。在项目执行的一年期间，课题组发表SCI论文3篇，包括JCR分区一区文章1篇，二区文章2篇，分别发表在本领域高水平期刊Nanoscale （IF:7.36），Information Sciences（IF:4.8）和Langmuir（IF:3.83）。同时，项目执行期间毕业研究生2人。特别是结合了DNA分子电路和纳米颗粒技术，本项目的实现了复杂纳米颗粒技术在分子计算信息处理中的应用，同时完成了生物酶介导的大规模分子电路。相信本项目的顺利实施会促进包括纳米集成、并行计算、纳电子学等研究领域共同发展。.

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