本發(fā)明屬于DNA多面體設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域，具體涉及一種DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法，包括：步驟1，獲取目標(biāo)多面體，并對(duì)目標(biāo)多面體中不相鄰的三度頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記；步驟2，利用奇數(shù)次扭曲邊替換與目標(biāo)多面體中所有不相鄰的三度頂點(diǎn)相連的邊，目標(biāo)多面體中其余的邊用偶數(shù)次扭曲邊替換，得到優(yōu)化后的DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；步驟3，判斷優(yōu)化后的DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中是否存在不相鄰的三度頂點(diǎn)，若存在，則重復(fù)步驟1至步驟2，直至得到最優(yōu)DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；反之，則優(yōu)化后的DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為最優(yōu)DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該方法能夠快速、簡(jiǎn)便地定性分析由最少數(shù)目DNA單鏈構(gòu)筑DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合理方案，結(jié)果準(zhǔn)確可信。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于DNA多面體設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域，具體涉及一種DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法。

背景技術(shù)

DNA納米技術(shù)是指以DNA為合成材料，設(shè)計(jì)構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)并精確控制其納米特性的一種方法，其目的在于以DNA鏈為原材料，合成三維或二維的納米結(jié)構(gòu)。DNA適合用于創(chuàng)建納米級(jí)結(jié)構(gòu)的原因是核酸鏈之間的結(jié)合遵循已知的簡(jiǎn)單堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)則，從而形成了獨(dú)特的雙螺旋納米結(jié)構(gòu)。利用該特性，可以很容易地通過(guò)核酸鏈的設(shè)計(jì)來(lái)控制結(jié)構(gòu)的組裝。

由于DNA自身的特殊的堿基互補(bǔ)配對(duì)性質(zhì)，可以使DNA納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出很好的尋址性。

傳統(tǒng)的DNA納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)通過(guò)多條DNA單鏈的方式合成出來(lái)，為了構(gòu)建由最少數(shù)目的DNA單鏈組成的DNA納米結(jié)構(gòu)，就需要通過(guò)理論研究為其提供合成模板。

設(shè)計(jì)由最少數(shù)目的DNA單鏈組成的DNA納米結(jié)構(gòu)，為了滿(mǎn)足要求就需要在DNA納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中憑借經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員在軟件上通過(guò)參數(shù)調(diào)整才能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足需求的結(jié)構(gòu)，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，操作復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)人員技術(shù)壁壘較高。所以研究和開(kāi)發(fā)出適用的快速設(shè)計(jì)方法，給出構(gòu)筑由最少數(shù)目單鏈構(gòu)成DNA多面體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及所需DNA單鏈的數(shù)目，對(duì)于DNA納米結(jié)構(gòu)的合成和應(yīng)用具有重大意義。

近年來(lái)，圖論及拓?fù)鋵W(xué)方法在解決物理、生物學(xué)問(wèn)題中越來(lái)越廣泛，因此嘗試從拓?fù)鋵W(xué)角度解決由最少數(shù)目的DNA單鏈組成的DNA多面體是一種非常有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法，該方法能夠快速、簡(jiǎn)便地定性分析由最少數(shù)目單鏈構(gòu)成DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合理方案，同時(shí)可以定量地給出方案中所需的奇數(shù)次扭曲邊的數(shù)量和分布情況，其結(jié)果準(zhǔn)確可信，易于操作。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的提供了一種DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法，包括如下步驟：

步驟1，獲取目標(biāo)多面體，并對(duì)所述目標(biāo)多面體中不相鄰的三度頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，其中，所述三度頂點(diǎn)是指同時(shí)與三條邊相連的頂點(diǎn)；

步驟2，利用奇數(shù)次扭曲邊替換與所述目標(biāo)多面體中所有所述不相鄰的三度頂點(diǎn)相連的邊，所述目標(biāo)多面體中其余的邊利用偶數(shù)次扭曲邊替換，得到優(yōu)化后的DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

步驟3，判斷所述優(yōu)化后的DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中是否存在不相鄰的三度頂點(diǎn)，若存在，則重復(fù)步驟1至步驟2，直至得到最優(yōu)DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；若不存在，則步驟2中得到的所述優(yōu)化后的DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為最優(yōu)DNA多面體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

可選的，步驟1中，所述目標(biāo)多面體包含V個(gè)三度頂點(diǎn)，E條邊和F個(gè)面，其中，V≥4，E≥6，F(xiàn)≥4，且V、E和F分別取整數(shù)。

可選的，步驟1中，對(duì)所述不相鄰的三度頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記的具體過(guò)程為：選取所述目標(biāo)多面體中的一個(gè)三度頂點(diǎn)并對(duì)該三度頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，再對(duì)所有與已標(biāo)記的三度頂點(diǎn)構(gòu)成不相鄰的三度頂點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記。

可選的，步驟1中，所述目標(biāo)多面體中的不相鄰的三度頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)為M，M取F/3的整數(shù)部分。