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基于DNA和限制性核酸内切酶的基本逻辑门设计

柳娟 谢文彬 汪改英 汤敏丽

柳娟, 谢文彬, 汪改英, 汤敏丽. 基于DNA和限制性核酸内切酶的基本逻辑门设计[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(6): 1332-1339. doi: 10.11999/JEIT190846
引用本文: 柳娟, 谢文彬, 汪改英, 汤敏丽. 基于DNA和限制性核酸内切酶的基本逻辑门设计[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(6): 1332-1339. doi: 10.11999/JEIT190846
Juan LIU, Wenbin XIE, Gaiying WANG, Minli TANG. Basic Logic Gates Design Based on DNA and Restriction Endonuclease[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(6): 1332-1339. doi: 10.11999/JEIT190846
Citation: Juan LIU, Wenbin XIE, Gaiying WANG, Minli TANG. Basic Logic Gates Design Based on DNA and Restriction Endonuclease[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(6): 1332-1339. doi: 10.11999/JEIT190846

基于DNA和限制性核酸内切酶的基本逻辑门设计

doi: 10.11999/JEIT190846
基金项目: 国家自然科学基金(61772441, 61872309),国家重点研发计划政府间专项(2017YFE0130600)
详细信息
    作者简介:

    柳娟:女,1978年生,副教授,研究方向为计算智能、微纳制造

    谢文彬:男,1994年生,硕士生,研究方向为分子电路设计

    汪改英:女,1993年生,硕士生,研究方向为分子计算、实验验证

    汤敏丽:女,1982年生,博士生,研究方向为计算智能、文字信息处理

    通讯作者:

    柳娟  cecyliu@xmu.edu.cn

  • 中图分类号: TP301

Basic Logic Gates Design Based on DNA and Restriction Endonuclease

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61772441, 61872309), The National Key R&D Program of China (2017YFE0130600)
  • 摘要: 由于DNA分子具有特异性、高并行性、微小性等天然特性,在信息处理过程中展现出了强大的并行计算能力和数据存储能力。该文研究将具有特异性识别功能的限制性核酸内切酶引入DNA链置换反应中,作为DNA电路的输入,通过控制立足点的生成和移除设计了是门、非门和与门3种基本逻辑门。采用Visual DSD对逻辑模型进行模拟仿真,并通过凝胶电泳实验验证设计。与以往的分子逻辑门比较,该设计反应迅速,操作简便,具有良好的扩展性,为大规模电路的设计提供了可能性。
  • 图  1  DNA链置换反应过程

    图  2  立足点生成及移除机制

    图  3  本研究中所用的限制性核酸内切酶识别位点示意图

    图  4  是门原理图设计

    图  5  是门反应网络仿真

    图  6  非门原理图设计

    图  7  非门反应网络仿真

    图  8  与门原理图设计

    图  9  与门反应网络仿真

    图  10  是门反应网络仿真

    图  11  非门反应网络仿真

    图  12  与门反应网络仿真

    表  1  实验所需寡核苷酸序列

    DNA链序列(5’ to 3’)所涉及逻辑门起作用的限制酶
    ATTTTTTTTTTTGATCCGTTCCTTGCAGTTGCTGAGGTGGCCAT非门/
    BTTATGGCCACCTCAGCAACTGCAAGGAACGGATCA非门Nt.BbvCI
    CTGATCCGTTCCTTGCAGTTGCTGAGGT非门/
    PGGCTGCGAGACTCGGTTTTCCGAGTCTCGCAGCCTCAGCAGTTGGATACATCTCAAGC(其中TTTT为环形结构)与门Nt.BsmAI
    XTTTTTTTCAGCCTCAGCAGTTGGATACATCTCAAGCTTTTTTTTTTTTTTT是门、与门Nt.BbvCI
    YGCTTGAGATGTATCCAACTGCTGAGGCTG是门、与门/
    ZCAGCCTCAGCAGTTGGATACATCTCAAGC是门/
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-01
  • 修回日期:  2020-04-24
  • 网络出版日期:  2020-05-13
  • 刊出日期:  2020-06-22

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