[发明专利]基于DNA链置换的判奇双轨逻辑电路及实现方法

说明书

本发明提出了一种基于DNA链置换的判奇双轨逻辑电路及实现方法，基于DNA链置换的反应机制，构建了十进制数判断奇偶性系统，搭建了判奇逻辑电路操作运算的数字逻辑电路，利用双轨逻辑思想将数字逻辑电路转化成判奇逻辑电路运算操作的双轨逻辑电路，通过双轨逻辑电路再转化成跷跷板生化逻辑电路，最后通过Visual DSD仿真软件验证其输出结果，并分析判断一个十进制数是否为奇数的逻辑电路。仿真结果显示，所构建的基于DNA链置换用双轨逻辑电路实现十进制数判奇逻辑电路是有效的，且具有很高的可靠性。本发明对于将来判别更高位数的奇偶性运算操作提供了基本的理论基础，提高生物计算机逻辑电路的可靠性，促进了生物计算机的发展。

技术领域

本发明涉及逻辑电路的技术领域，尤其涉及一种基于DNA链置换的判奇双轨逻辑电路及实现方法。

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如自组装、荧光标记、链置换和探针机等分子操作。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链置换技术是研究DNA纳米技术的两大重要支撑技术。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，高电平和低电平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。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

为了推进生物计算机的发展，本发明提出一种基于DNA链置换的判奇双轨逻辑电路，基于DNA链置换的反应机制，用双轨的逻辑思想构建判奇双轨逻辑电路，并用VisualDSD仿真软件分析了判奇双轨逻辑电路的正确性，具有很高的可靠性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于DNA链置换的判奇双轨逻辑电路，包括输入链X_P、放大门、集成门、第一DNA阈值门、第二DNA阈值门和输出链，每个输入链X_P都具有两种状态，表示逻辑开的状态为表示逻辑关的状态为P＝1,2,3,4；输出链包括两种状态分别为和放大门具有一个输入和五个输出，放大门中设有阈值并有多个燃料输出，输入信号的总浓度大于阈值浓度，则获得输出信号1，否则输出为0；集成门包括四个输入一个输出的四输入集成门和五个输入一个输出的五输入集成门；第一DNA阈值门的阈值浓度小于1n mol/L，第二DNA阈值门的阈值浓度大于1n mol/L；所述输入链X_P的状态和作为输入信号与分别放大门相连接，放大门的输出端分别通过DNA信号与不同的四输入集成门相连接，五个四输入集成门分别通过一个第一DNA阈值门与一个五输入集成门相连接，五输入集成门通过第二DNA阈值门得到输出信号五个四输入集成门分别通过一个第二DNA阈值门与一个五输入集成门相连接，五输入集成门通过第一DNA阈值门得到输出信号