[发明专利]基于链置换的立方根双轨逻辑电路及生化电路实现方法

说明书

本发明提出了一种基于链置换的立方根双轨逻辑电路及生化电路实现方法，基于数字电路理论，构建了五输入的立方根操作运算系统的数字逻辑电路，其次，运用双轨逻辑思想将五输入逻辑电路转化成十输入立方根双轨逻辑电路，然后，基于DNA链置换的反应机制，将双轨逻辑电路转化成由DNA链组成的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。仿真结果显示，本发明的五输入立方根双轨逻辑电路设计是有效的，且具有较高的准确性以及灵敏度。本发明对于将来大规模的智能化运算操作系统的设计提供了的理论基础，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，尤其涉及一种基于链置换的立方根双轨逻辑电路及生化电路实现方法。

背景技术

在当前快速发展的计算机时代，随着电子技术的发展，传统的集成电路的发展越来越受到技术容许的限制，超大规模的集成电路的研究面临着诸多挑战，如：散热、功耗、成本、工艺偏差和更严格的设计规律等一系列挑战，这些限制挑战迫使人们去寻找新的计算模式，人们开始致力于研究纳米级计算机。立方根运算是一种基础的数学运算方式，可以与其它运算方式相结合去解决更复杂的数学问题，对立方根逻辑电路的研究具有相当的实用性价值。由于Watson-Crick碱基互补配对原理的可编程性和特异性，使DNA成为构建具有多样功能和复杂性的纳米级设备的主要材料，设计和操纵合成DNA分子的新技术使得构建越来越复杂的生物设备成为可能。DNA计算是包含计算机科学和分子生物学的新领域，包括多种生物分子技术，如：自组装技术、DNA链置换反应和探针机等。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，被广泛地应用到逻辑电路、纳米医学、分子器件、纳米网络等等领域。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，逻辑电路的构建在生物计算机中起着重要的作用。

DNA链置换级联反应实现了相邻模块之间的动态连接，使得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链置换技术在解决一些数学问题、管理纳米机器等方面发挥着巨大的作用，如：时间延迟电路、可编程的纳米级载货设备等。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，一方面可以深入理解、探索生物分子系统的信息处理机制，另一方面，将有可能在生物分子系统与解决问题、处理信息之间建造桥梁，开启通往生物底层空间的接口。而且DNA链置换技术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链置换的立方根双轨逻辑电路及跷跷板生化电路实现方法，先设计出立方根数字逻辑电路，然后利用双轨的逻辑思想将立方根数字逻辑电路转化成立方根双轨逻辑电路，最后将双轨逻辑电路转化为生化逻辑电路，并用Visual DSD仿真软件分析了立方根双轨逻辑电路的正确性，本发明具有很高的灵敏度和可靠性。