[发明专利]基于DNA链置换的两位格雷码减法器分子电路的实现方法

权利要求书

1.一种基于DNA链置换的两位格雷码减法器分子电路的实现方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：根据两位格雷码减法器电路的运算规则，列出其运算真值表，根据运算真值表列写输入输出的布尔逻辑表达式；

步骤二：将两位格雷码减法器电路中的每个信号分解成一对逻辑相反的逻辑信号，利用双轨思想将两位格雷码减法器电路转化为两位格雷码减法器双轨逻辑电路；

步骤三：基于DNA链置换反应研究DNA链置换反应原理：具有小支点域的DNA单链与相匹配的DNA双链会发生小支点域碱基互补配对反应，置换出DNA输出链，小支点域碱基互补配对反应是自发的、动态的、可级联的可逆反应过程；

步骤四：根据DNA链置换反应原理设计DNA分子扇出门、DNA分子与门、DNA分子或门和DNA报道门结构；所述DNA分子扇出门包括4个一输入五输出DNA分子扇出门和4个一输入十输出DNA分子扇出门，DNA分子与门包括3个二输入一输出DNA分子与门、8个三输入一输出DNA分子与门、2个三输入二输出DNA分子与门和2个四输入一输出DNA分子与门，DNA分子或门包括包括3个二输入一输出DNA分子或门、8个三输入一输出DNA分子或门、2个三输入二输出DNA分子或门和2个四输入一输出DNA分子或门，DNA报道门结构包括6个一输入一输出DNA报道门结构；根据步骤二构建的两位格雷码减法器双轨逻辑电路，级联所有DNA分子扇出门、DNA分子与门、DNA分子或门和DNA报道门结构构建两位格雷码减法器分子电路；

步骤五：使用Visual DSD软件对两位格雷码减法器分子电路进行仿真分析，验证两位格雷码减法器分子电路的动力学特性；

所述步骤二中的双轨思想将输入信号X₂由一对信号表示逻辑0的输入信号X₂⁰和表示逻辑1的输入信号X₂¹表示，且DNA单链S4L^S4 S4R^T^S5L^S5 S5R^表示输入信号X₂⁰，DNA单链S6L^S6 S6R^T^S7L^S7 S7R^表示输入信号X₂¹；将输入信号X₁由一对分别表示逻辑0和逻辑1的输入信号X₁⁰和输入信号X₁¹表示，且DNA单链S12L^S12 S12R^T^S13L^S13 S13R^表示输入信号X₁⁰，DNA单链S14L^S14 S14R^T^S15L^S15 S15R^表示输入信号X₁¹；将输入信号U₂由一对分别表示逻辑0和逻辑1的输入信号U₂⁰和输入信号U₂¹表示，且DNA单链S8L^S8S8R^T^S9L^S9 S9R^表示输入信号U₂⁰，DNA单链S10L^S10 S10R^T^S11L^S11 S11R^表示输入信号U₂¹；将输入信号U₁由一对分别表示逻辑0和逻辑1的输入信号U₁⁰和输入信号U₁¹表示，且DNA单链S16L^S16 S16R^T^S17L^S17 S17R^表示输入信号U₁⁰，DNA单链S18L^S18S18R^T^S19L^S19 S19R^表示输入信号U₁¹；将输出信号S₂由一对分别表示逻辑0和逻辑1的输出信号S₂⁰和输出信号S₂¹表示，且DNA单链S96L^S96 S96R^Fluor96表示输出信号S₂⁰，DNA单链S98L^S98 S98R^Fluor98表示输出信号S₂¹；将输出信号S₁由一对分别表示逻辑0和逻辑1的输出信号S₁⁰和输出信号S₁¹表示，且DNA单链S104L^S104 S104R^Fluor104表示输出信号S₁⁰，DNA单链S106L^S106S106R^Fluor106表示输出信号S₁¹；将输出信号B₂由一对分别表示逻辑0和逻辑1的输出信号B₂⁰和输出信号B₂¹表示，且DNA单链S100L^S100 S100R^Fluor100表示输出信号B₂⁰，DNA单链S102L^S102 S102R^Fluor102表示输出信号B₂¹；其中，Si表示DNA结构域，i＝1,2,…,104，T为小支点域，L表示DNA结构域Si的左结构域，R表示DNA结构域Si的右结构域，表示DNA分子双链结构中的上链，^表示DNA分子中的小支点结构域，Fluor表示荧光信号结构域；逻辑1表示DNA分子的浓度高，逻辑0表示DNA分子的浓度低；

所述输入信号X₂¹的一输入十输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S7L^S7S7R^T^]S36L^S36 S36R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S40L^S40 S40R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S46L^S46 S46R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S50L^S50 S50R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S54L^S54 S54R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S56L^S56 S56R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S68L^S68 S68R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S72L^S72 S72R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S78L^S78 S78R^、DNA双链{T^*}[S7L^S7 S7R^T^]S82L^S82 S82R^、DNA双链{S6R^*T^*}[S7L^S7 S7R^]和DNA单链S7L^S7 S7R^T^fL^f fR^；其中，[]表示互补配对的DNA分子双链结构，{}表示表示DNA分子双链结构中的下链，*表示DNA双链结构域中的互补配对碱基域；

输入信号X₂⁰的一输入十输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S38L^S38 S38R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S42L^S42 S42R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S44L^S44 S44R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S48L^S48 S48R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S52L^S52 S52R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S58L^S58 S58R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S70L^S70 S70R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5S5R^T^]S74L^S74 S74R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S76L^S76 S76R^、DNA双链{T^*}[S5L^S5 S5R^T^]S80L^S80 S80R^、DNA双链{S4R^*T^*}[S5L^S5 S5R^]和DNA单链S5L^S5 S5R^T^fL^f fR^；其中，f表示DNA分子结构中的燃料结构域；

输入信号U₂¹的一输入五输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S11L^S11 S11R^T^]S42L^S42 S42R^、DNA双链{T^*}[S11L^S11 S11R^T^]S48L^S48 S48R^、DNA双链{T^*}[S11L^S11 S11R^T^]S66L^S66 S66R^、DNA双链{T^*}[S11L^S11 S11R^T^]S70L^S70S70R^、DNA双链{T^*}[S11L^S11 S11R^T^]S80L^S80 S80R^、DNA双链{S10R^*T^*}[S11L^S11 S11R^]和DNA单链S11L^S11 S11R^T^fL^f fR^；

输入信号U₂⁰的一输入五输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S9L^S9 S9R^T^]S40L^S40 S40R^、DNA双链{T^*}[S9L^S9 S9R^T^]S50L^S50 S50R^、DNA双链{T^*}[S9L^S9 S9R^T^]S64L^S64 S64R^、DNA双链{T^*}[S9L^S9 S9R^T^]S68L^S68 S68R^、DNA双链{T^*}[S9L^S9 S9R^T^]S82L^S82 S82R^、DNA双链{S8R^*T^*}[S9L^S9 S9R^]和DNA单链S9L^S9 S9R^T^fL^f fR^；

输入信号X₁¹的一输入十输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S36L^S36 S36R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S42L^S42 S42R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S46L^S46 S46R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S48L^S48S48R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S54L^S54 S54R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15S15R^T^]S56L^S56 S56R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S68L^S68 S68R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S74L^S74 S74R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S76L^S76 S76R^、DNA双链{T^*}[S15L^S15 S15R^T^]S82L^S82 S82R^、DNA双链{S14R^*T^*}[S15L^S15 S15R^]和DNA单链S15L^S15 S15R^T^fL^f fR^；

输入信号X₁⁰的一输入十输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S38L^S38 S38R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S40L^S40 S40R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S44L^S44 S44R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S50L^S50S50R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S52L^S52 S52R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13S13R^T^]S58L^S58 S58R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S70L^S70 S70R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S72L^S72 S72R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S78L^S78 S78R^、DNA双链{T^*}[S13L^S13 S13R^T^]S80L^S80 S80R^、DNA双链{S12R^*T^*}[S13L^S13 S13R^]和DNA单链S13L^S13 S13R^T^fL^f fR^；

输入信号U₁¹的一输入五输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S19L^S19 S19R^T^]S38L^S38 S38R^、DNA双链{T^*}[S19L^S19 S19R^T^]S44L^S44 S44R^、DNA双链{T^*}[S19L^S19 S19R^T^]S64L^S64 S64R^、DNA双链{T^*}[S19L^S19 S19R^T^]S72L^S72S72R^、DNA双链{T^*}[S19L^S19 S19R^T^]S78L^S78 S78R^、DNA双链{S18R^*T^*}[S19L^S19 S19R^]和DNA单链S19L^S19 S19R^T^fL^f fR^；

输入信号U₁⁰的一输入五输出DNA扇出门的分子结构包括DNA双链{T^*}[S17L^S17 S17R^T^]S36L^S36 S36R^、DNA双链{T^*}[S17L^S17 S17R^T^]S46L^S46 S46R^、DNA双链{T^*}[S17L^S17 S17R^T^]S66L^S66 S66R^、DNA双链{T^*}[S17L^S17 S17R^T^]S74L^S74S74R^、DNA双链{T^*}[S17L^S17 S17R^T^]S76L^S76 S76R^、DNA双链{S16R^*T^*}[S17L^S17 S17R^]和DNA单链S17L^S17 S17R^T^fL^f fR^。