随着科学技术的飞速发展,传统计算逐渐无法满足科学计算所需解决日益复杂的科学问题。因此,有望打破摩尔定律,并且突破传统基于“硅技术”计算包括量子计算、光子计算、纳米计算以及生物计算等在内的全新的革命性非传统计算应运而生,成为各国政府关注和资助的重点。本论文结合前沿热点领域中的DNA自组装技术,荧光探针技术,链置换技术,围绕DNA计算和荧光分子检测等多个交叉领域,同时利用高性能计算机,以及NUPACK等设计软件,对纳米计算中基于DNA核酶调控的分子计算模型展开多角度研究。一、基于纳米金颗粒自组装的分子计算逻辑门。在此分子计算模型中,我们成功设计并实现一种可编程的策略,能通过多个DNA输入信号链来控制纳米金颗粒与特定DNA结构的结合。其中输入操作通过加入对应DNA链来进行,输出信号通过琼脂糖电泳来检测确认。该策略利用链置换原理和近距离效应,通过不同DNA链的调控以及级联的特性实现了各种逻辑门功能(是门,两层级联是门,或门)。此外,为了进一步探究级联电路,我们建立了一种更复杂的催化偶联系统(与门)。二、DNA核酶调控的分子计算模型的研究。在此,我们设计并实现了一个由DNA核酶调控的分子逻辑计算系统。在该计算系统中,我们结合了两种机制:DNA核酶催化和熵驱动的链置换。在我们的设计中,DNA核酶扮演了一个输入信号和一个输出报告的多重角色。首先,DNA核酶将初始的基板激活到活性DNA基质状态。随后,DNA催化剂促进了熵驱动机制,从而触发了链置换,从而产生了一种新的DNA核酶产物。在熵驱动链置换机制的帮助下,输入DNA催化剂能够重新生成,从而触发生成另一个输出DNA核酶产物,这个生成DNA核酶产物可以作为驱动下一目标反应的输入驱动,从而实现DNA核酶调控的级联催化电路。同时我们也成功构建了一系列的逻辑门(是门,或门门和与门等)。此外,还建立了两层级联电路和反馈自催化逻辑电路。结果经非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)和实时荧光检测得到证实。