DNA自组装理论及应用.pptVIP

研究内容及研究切入点 一、研究方向基本情况 二、DNA自组装 三、在研项目 四、研究工作切入点 五、资源与工具 “DNA自组装理论及应用”研究方向 内 容 一、研究方向基本情况 DNA自组装理论及应用（DNA纳米技术）是一个新兴交叉研究领域，涉及计算机科学、数学、生物学、化学、材料学等 探索DNA自组装的机理和特点 开展基于DNA自组装的纳米结构和器件的应用研究 开展DNA自组装在分子计算、信息安全、纳米医学、材料学、分子电子学等领域的应用研究 本方向的主要研究内容： 脱氧核糖核酸，Deoxyribo-nucleic acid (DNA) DNA是一种分子，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的资讯储存，可比喻为生命的“蓝图”或“食谱” 二、DNA自组装 1、DNA 二、DNA自组装 2、DNA自组装 在合适的生化环境中，多条DNA单链按照碱基互补配对原则，自发地形成有序的多维组装体的过程（杂交反应） 3、DNA Computation 二、DNA自组装 1994年，美国南加州大学著名的理论计算机科学家Prof. Adleman实验室内解决了7个顶点的有向HPP 原始驱动力在于以现代分子生物学技术为工具，以DNA分子为介质，解决数学和理论计算机科学中的一些困难问题，以弥补电子计算机计算能力的不足以及应对超大规模集成电路发展所面临的“摩尔定律”发展瓶颈 3、XOR Operation 二、DNA自组装 2000年，Dr. Mao和Prof. Seeman利用DNA三交叉分子（ TX Tile ）示例了一个四步的累积逻辑XOR运算 4、Strand Displacement Cascade 二、DNA自组装 2011年，Dr. Qian和Prof. Winfree使用 strand displacement circuitry示例了一个可自治执行类人脑行为的ANN 该电路包括四个互联神经元，由112种不同的DNA链组成 范例是简单的“猜心术”游戏，证明了用DNA分子构造的NN具备可根据不完整的信息推测其可能表达事物的能力 4、Strand Displacement Cascade 二、DNA自组装 2011年，Dr. Qian和Prof. Winfree使用strand displacement技术设计出了由74个不同的DNA分子所构成的生化电路，利用它可计算任意一个不超过四位二进制数的平方根 生化电路特点：逻辑运算元可通过压制和放大信号来处理噪音；逻辑运算元可被标准化；电路设计时可忽略电路背后的分子机制；可通过调整DNA分子的浓度变换逻辑运算元的功能；支持高通量数据合成方法 5、DNA Origami 二、DNA自组装 2006年，Dr. Rothemund提出了DNA Origami思路，突破了传统的DNA自组装技术很难构造出不规则的复杂晶体的限制 2006年，钱璐璐等基于DNA Origami，利用DNA在纳米尺度上构造了中国地图形状。所构造的纳米结构由DNA折叠而成，直径约150nm，分辨率约6nm，通过原子力显微镜观测到的图形与设计图形几乎完全一致 5、DNA Origami 二、DNA自组装 2012年, Dr. Yin给出了single-stranded DNA tile (SST)构建2D和3D纳米结构的DNA Origami思路 Nature, 2012, 485: 623-626. Science, 2012, 338: 1177-1183. 近年来，本方向先后承担了7项国家自然科学基金项目的研究工作，获河南省科技进步二等奖1项，中国教育部自然科学二等奖1项，发表高水平学术论文60多篇，其中SCI、EI索引40余篇。目前承担的国家及省级课题包括 ： 国家自然科学基金，自组装DNA计算的模型及其应用研究，2011年01月-2013年12月，42.00万元 国家自然科学基金，基于DNA折纸术的碳纳米管分子逻辑电路研究，2011年01月-2013年12月，42.00万元 国家自然科学基金，基于布尔运算元的DNA自组装网络的建模及动力学分析 ，2013年01月-2016年12月，61.00万元 河南省科技创新人才计划(杰出人才)，基于DNA计算的密码理论及应用研究，2012年01月-2014年12月，60.00万元 三、在研项目 四、研究工作切入点 1、研究领域 Design of DNA codewords for performing reliable computations, or constructing stable DNA tiles Demonstration of biochemica