專利名稱：一種dna計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物計算機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域，尤其涉及一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
DNA計算是關(guān)于計算的一種新的思維方式，它是以DNA分子及生化酶為物質(zhì)基礎(chǔ)，施以適當(dāng)?shù)纳僮鱽斫鉀Q計算問題的一種新型的計算模式。自1994年Adleman博士提出運(yùn)用DNA分子進(jìn)行計算并成功地運(yùn)用分子生物實(shí)驗(yàn)解決了著名的Hamilton路徑問題以來，利用DNA分子作為計算手段的研究取得了很多成果。DNA計算的研究目前已涉及DNA計算的能力、計算模型和算法等許多方面，如基于DNA生物實(shí)驗(yàn)方法的求解NP完備問題的DNA算法、基于DNA計算的密碼破解、DNA通用計算機(jī)的構(gòu)造等。也有學(xué)者將DNA計算與遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊系統(tǒng)和混沌系統(tǒng)等智能計算方法相結(jié)合。極為重要的是，DNA計算機(jī)中的算法研究已經(jīng)超越了純粹計算機(jī)研究的范疇，實(shí)際上是在研究生命的本質(zhì)過程，即基因組是如何實(shí)現(xiàn)通過算法來實(shí)現(xiàn)生命過程(發(fā)育、衰老、疾病、死亡等)。已有學(xué)者將其應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，如奧林巴斯公司與東京大學(xué)聯(lián)合開發(fā)出了全球第一臺能夠真正投入商業(yè)應(yīng)用的DNA計算機(jī)，用于基因的診斷。該計算機(jī)由分子計算組件和電子計算部件兩部分組成，前者用來計算分子的DNA組合，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，搜索并篩選出正確的DNA結(jié)果；而后者則對這些結(jié)果進(jìn)行分析，并且能將原來人工分析DNA需要的3天時間縮短為6個小時。另外，以色列科學(xué)研究院的Shapiro教授等人開發(fā)出了應(yīng)用于癌癥治療和診斷的DNA計算機(jī)模型。除了在醫(yī)療領(lǐng)域外，如新材料開發(fā)領(lǐng)域也在探討DNA計算機(jī)的應(yīng)用，力圖通過有效的分子自裝配達(dá)到生產(chǎn)出新材料的目的。這些足以說明，DNA計算機(jī)正試圖走出只能解決數(shù)學(xué)問題的有限用途。
另一方面，生物芯片和微系統(tǒng)在生命科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。集成電路技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了計算機(jī)芯片的出現(xiàn)，從而催生了計算機(jī)技術(shù)的大發(fā)展及信息產(chǎn)業(yè)的誕生。同樣，生物芯片是近幾年來發(fā)展起來的一項尖端技術(shù)，是隨著人類基因組計劃(HGP)發(fā)展起來的，融電子學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計算機(jī)科學(xué)為一體的交叉學(xué)科新技術(shù)。生物芯片是以生物分子為原材料的生物集成電路，集成了生命信息，也必將導(dǎo)致新的產(chǎn)業(yè)革命。目前生物芯片不僅影響到基礎(chǔ)學(xué)科的研究，而且涉及到信息產(chǎn)業(yè)、生命健康、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。生物芯片將為DNA計算和基于DNA計算系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定一定的硬件基礎(chǔ)。
經(jīng)典的數(shù)字計算機(jī)作為圖靈機(jī)的一種，它執(zhí)行任務(wù)的方式從本質(zhì)上來說是串行的，是通過不停地檢測著巨大的數(shù)據(jù)文件來一步一步工作的(一般認(rèn)為，經(jīng)典數(shù)字計算機(jī)處理串行任務(wù)的能力是不容置疑的)。而DNA計算則是依靠犧牲空間來獲取時間的一種計算方式。當(dāng)處理的問題以線性速度增長時，DNA計算所需的時間則以多項式形式增長，而空間則以指數(shù)形式增長。由于DNA計算的特性，這種空間的增長形式在理論上是可以接受的。所以人們預(yù)言，未來的計算機(jī)可能是以DNA分子為操作對象的生物化學(xué)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。在這種計算機(jī)中，每部分完成適合自己的任務(wù)，并行任務(wù)用DNA計算來完成，而固有的串行工作則由硅芯片來完成。
目前DNA計算機(jī)還處在“手工操作”階段，它的運(yùn)行依靠手工或者半自動化的方式來完成。究其原因，是目前的DNA計算機(jī)缺乏一種與電子計算機(jī)之間直接“溝通”的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，以完成兩種計算機(jī)數(shù)據(jù)之間的自動轉(zhuǎn)換。
技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口裝置和用于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的上位機(jī)程序，包括轉(zhuǎn)換光路、信號采集接口和控制接口。
所述的轉(zhuǎn)換光路的構(gòu)成包括沿激光光源101發(fā)出光束的前進(jìn)方向同軸地依次是第一透鏡組102、第一濾光片103、第二透鏡組104、半透半反鏡105，在該半透半反鏡105的反射光束方向是物鏡組106和供微流控芯片8放置的芯片平臺7，由微流控芯片8反射的光束激發(fā)熒光光束透過所述半透半反鏡105對該透射光方向是反射鏡107和CCD探測器112，在所述反射鏡107的反射光路上依次是第二濾光片108，第三透鏡組109，光闌110和光電倍增管111。
所述的信號采集接口包括，所述的光電倍增管111的輸出端經(jīng)放大電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3和RS232接口42與計算機(jī)4相連，所述的CCD探測器112經(jīng)圖像采集卡41與所述的計算機(jī)4相連。
所述的控制接口包括，所述計算機(jī)4的輸出端經(jīng)RS232接口42、數(shù)模轉(zhuǎn)換器5、伺服電機(jī)6實(shí)施微流控芯片8的微管道與激發(fā)光束的定位。
所述的半透半反鏡105與上述光束成45°放置。
所述的反射鏡107具有切換開關(guān)。
所述的轉(zhuǎn)換光路中的反射鏡107的轉(zhuǎn)換開關(guān)為繞軸旋轉(zhuǎn)撥動開關(guān)或平行移動式開關(guān)。
所述的一種轉(zhuǎn)換光路中的激光光源101是由同光軸的白光光源和激光光源組成，而且該激光光源可輸出多種波長的激光。
所述的轉(zhuǎn)換光路中的光路所有光學(xué)元件都安置在相應(yīng)的卡槽中，該卡槽具有相應(yīng)光學(xué)元件的裝卸構(gòu)件。
所述的轉(zhuǎn)換光路中的物鏡組106與其支架通過螺紋連接，依靠螺紋旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)物鏡組106的焦距。
所述的轉(zhuǎn)換光路中的光闌110的光闌孔徑可根據(jù)需要調(diào)整。
所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器信號濾波采用小波變換的方法。
有益效果本發(fā)明用于初始數(shù)據(jù)與運(yùn)算結(jié)果的核苷酸編碼都是已知的DNA計算，能實(shí)時地將DNA計算機(jī)中的DNA片段轉(zhuǎn)化為電子計算機(jī)上的堿基序列，使DNA計算機(jī)與電子計算機(jī)之間直接聯(lián)系，自動將DNA計算機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子計算機(jī)數(shù)據(jù)，大大節(jié)約了分析DNA計算機(jī)運(yùn)算結(jié)果所需要的時間，提高了工作效率。


圖1是轉(zhuǎn)換光路中的光路圖；。
圖2是電子計算機(jī)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的接口裝置之間的連接圖；。
圖3是信號濾波與峰值識別算法流程圖。
圖4上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的電泳峰圖。
圖5含單一未知DNA片段長度的電泳峰圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1本發(fā)明由于參與DNA計算的片段都是預(yù)先編碼的，所以所有DNA片段長度已知的情形(1)將DNA片段混合液放入微流控芯片8的電泳通道(2)實(shí)施微流控芯片電泳(3)實(shí)時完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，得到核苷酸編碼。
圖4是上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的電泳峰圖，依次得到片段為100bp，200bp，300bp，400bp，500bp，550bp，600bp。
實(shí)施例2含單一未知DNA片段長度(1)將DNA片段混合液放入微流控芯片8的電泳通道(2)實(shí)施微流控芯片電泳(3)根據(jù)線性回歸，轉(zhuǎn)換程序計算未知片段的長度，并轉(zhuǎn)換為核苷酸編碼圖5，已知第一個峰為200bp，第三個峰為400bp，求得第二個峰對應(yīng)的長度為374bp.
權(quán)利要求
1.一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口裝置和用于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的上位機(jī)程序，其特征在于所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口裝置包括轉(zhuǎn)換光路、信號采集接口和控制接口。
2.如權(quán)利要求1所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光路的構(gòu)成包括沿激光光源(101)發(fā)出光束的前進(jìn)方向同軸地依次是第一透鏡組(102)、第一濾光片(103)、第二透鏡組(104)、半透半反鏡(105)，在該半透半反鏡(105)的反射光束方向是物鏡組(106)和供微流控芯片(8)放置的芯片平臺(7)，由微流控芯片(8)反射的光束激發(fā)熒光光束透過所述半透半反鏡(105)對該透射光方向是反射鏡(107)和CCD探測器(112)，在所述反射鏡(107)的反射光路上依次是第二濾光片(108)，第三透鏡組(109)，光闌(110)和光電倍增管(111)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的信號采集接口包括，光電倍增管(111)的輸出端經(jīng)放大電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)和RS232接口(42)與計算機(jī)(4)相連，所述的CCD探測器(112)經(jīng)圖像采集卡(41)與所述的計算機(jī)(4)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的控制接口包括，計算機(jī)(4)的輸出端經(jīng)RS232接口(42)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(5)、伺服電機(jī)(6)實(shí)施微流控芯片(8)的微管道與激發(fā)光束的定位。
5.如權(quán)利要求2所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的半透半反鏡(105)與上述光束成45°放置。
6.如權(quán)利要求2所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的反射鏡(107)具有切換開關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光路中的反射鏡(107)的轉(zhuǎn)換開關(guān)為繞軸旋轉(zhuǎn)撥動開關(guān)或平行移動式開關(guān)。
8.如權(quán)利要求2所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的一種轉(zhuǎn)換光路中的激光光源(101)是由同光軸的白光光源和激光光源組成，而且該激光光源可輸出多種波長的激光。
9.如權(quán)利要求2所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光路中的光路所有光學(xué)元件都安置在相應(yīng)的卡槽中，該卡槽具有相應(yīng)光學(xué)元件的裝卸構(gòu)件。
10.如權(quán)利要求2所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光路中的物鏡組(106)與其支架通過螺紋連接，依靠螺紋旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)物鏡組(106)的焦距。
11.如權(quán)利要求2所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的轉(zhuǎn)換光路中的光闌(110)的光闌孔徑可根據(jù)需要調(diào)整。
12.如權(quán)利要求1～11中任意一權(quán)利要求所述的一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器信號濾波采用小波變換的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種DNA計算機(jī)和電子計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口裝置和用于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的上位機(jī)程序，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口裝置包括轉(zhuǎn)換光路、信號采集接口和控制接口，激光光源(101)發(fā)出的光束沿著一系列透鏡組把反射光束射向微流控芯片(8)，透射光束最后射到CCD探測器(112)和光電倍增管(111)，光電倍增管(111)的輸出端經(jīng)放大電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)和RS232接口(42)與計算機(jī)(4)相連，CCD探測器(112)經(jīng)圖像采集卡(41)與計算機(jī)(4)相連，本發(fā)明使DNA計算機(jī)與電子計算機(jī)之間直接聯(lián)系，自動將DNA計算機(jī)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化電子計算機(jī)中的數(shù)據(jù)，節(jié)約了分析DNA計算機(jī)運(yùn)算結(jié)果所需要的時間，提高了工作效率。
文檔編號G02B17/08GK101046791SQ200710039729
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者丁永生, 李汪根 申請人:東華大學(xué)