[发明专利]基于DNA复合链置换的矩阵向量乘双轨逻辑电路及其方法

说明书

本发明公开了一种基于DNA复合链置换的矩阵向量乘双轨逻辑电路及其方法，基于复合链置换的组合机制，首次构建三行三列的矩阵和三行一列的向量乘系统，先构建三阶矩阵向量乘操作运算的数字逻辑电路，然后用双轨思想将数字逻辑电路转化成三阶矩阵向量乘运算双轨逻辑电路，通过双轨逻辑电路再转化成跷跷板逻辑电路，再由跷跷板逻辑电路转化成生化逻辑电路，最后通过Visual DSD仿真软件验证输出的结果并分析三行三列的矩阵和三行一列的向量乘系统的复杂动力学行为，仿真结果证明结果的有效性。本发明对于以后构建更高阶的矩阵向量乘、矩阵与矩阵乘的逻辑运算操作提供了基本的理论基础，促进了生物计算机的发展，从而提高生物计算机逻辑电路的可靠性。

技术领域

本发明涉及属于生物计算领域，具体涉及一种基于DNA复合链置换的矩阵向量乘双轨逻辑电路及其方法。

背景技术

在当前快速发展的计算机时代，结合科学计算机和分子生物学科的DNA计算是一个新的研究领域。DNA作为一种新的计算工具已经解决了很多问题，比如哈密顿路径以及最大团问题等。DNA自组装是DNA纳米技术的一个重要支撑技术，具有可预测性和可编程性的特点，在应用领域这两种特点在自组装方面都具有很好的发展前景。DNA链置换技术在生物计算领域也扮演着一种动态的DNA纳米技术。DNA链置换技术由于其本身具有的一系列自发性、灵敏性以及准确性的特点已经在纳米机器、分子逻辑电路、纳米药物以及其他方面被广泛应用。近年来，生物计算机已被许多来自不同领域的科学家广泛关注，而且分子逻辑电路又是生物计算机的重要组成部分。因此，逻辑电路的构建方法在生物计算机中起着重要的作用。

DNA计算已经处理了大量的分子操作，如自组装，荧光标记，链置换和探针机等。DNA链置换技术是在DNA自组装技术的基础上发展起来的，所以，DNA自组装技术和DNA链置换技术对于DNA纳米技术的研究都是很重要的两大支撑技术。而且DNA链置换技术非常适合于构建分子逻辑电路，在传统的电子逻辑电路中，高电平和低电压通常表示为布尔逻辑的“真”和“假”。基于链置换技术的级联反应已经实现了相邻逻辑模块的动态连接，并为研究人员构建大规模、复杂的逻辑电路成为可能。此外，DNA链置换技术凭借高容量信息积累、高性能并行计算、编程以及仿真的优势已经在分子计算、纳米机器、诊断和疾病治疗领域得到了深入的研究。DNA链置换技术在解决数学问题、管理纳米机器和讨论生命历程方面也具有很大的研究意义。另外，基于DNA链置换的生物化学逻辑电路的构建对设计程序的掌握也具有重要的研究意义。这种基于DNA链置换技术的策略在智能刺激响应材料、纳米电子电路和器件、生物传感器和纳米医学等领域具有很大的应用前景。

发明内容

本发明提供一种基于DNA复合链置换的矩阵向量乘双轨逻辑电路及其方法，用于解决现有生物计算缺少该类型电路的技术问题，并对生物计算机的发展起到良好的推进作用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种基于DNA复合链置换的矩阵向量乘双轨逻辑电路，包括三阶DNA输入链方阵M、三行一列DNA输入链矩阵N、DNA放大门、DNA集成门、DNA与门、DNA或门和三行一列输出矩阵Y；三阶DNA输入链方阵M和三行一列DNA输入链矩阵N通过DNA放大门、DNA集成门、DNA与门和DNA或门得到三行一列输出矩阵Y；三阶DNA输入链方阵M的输入链为M_ij，其中i＝j＝1,2,3；每个输入链M_ij都具有两种状态，分别为和三行一列DNA输入链矩阵N的输入链为X_p，其中p＝1,2,3；每个输入链X_p都具有两种状态，分别为和三行一列输出矩阵Y的输出链为Y_q，其中q＝1,2,3；每个输出链Y_q都具有两种状态，分别为和所述DNA放大门，为一个输入和三个输出；所述DNA集成门为两个输入和一个输出；所述DNA与门为一个输入一个输出；所述DNA或门为一个输入一个输出。