基于DNA鏈置換反應(yīng)的組合邏輯電路設(shè)計(jì)與仿真研究.pdf

1、高性能科學(xué)計(jì)算的需求不斷增加，而傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的元器件制作工藝已近極限，科學(xué)界正在尋找全新的計(jì)算模型，來(lái)突破現(xiàn)有計(jì)算體系的限制。生物計(jì)算以其并行性高、能耗低、信息存儲(chǔ)量大等特點(diǎn)廣受關(guān)注。DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，以及Watson-Crick堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，讓其在電路設(shè)計(jì)中更加具有可操作性，基于DNA的分子計(jì)算模型的研究方興未艾。其中，Winfree及其研究團(tuán)隊(duì)提出一種簡(jiǎn)單的seesaw模塊，用以構(gòu)建大規(guī)模邏輯電路。但由于化學(xué)反應(yīng)的不完全

2、性和動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，以DNA分子作為材料的電路還面臨很多的問(wèn)題。
　　本文首先對(duì)seesaw門(mén)模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)隨著seesaw門(mén)輸出的增加，輸出分子的濃度產(chǎn)生一些變化，處在高濃度的分子濃度會(huì)降低，而處在低濃度的分子濃度又會(huì)偏高;同時(shí)，基于DNA鏈置換反應(yīng)和自組裝技術(shù)，設(shè)計(jì)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一個(gè)“OR”邏輯功能模塊;隨后在seesaw門(mén)模塊的架構(gòu)設(shè)計(jì)原則和方法之上，設(shè)計(jì)了一些常用的邏輯電路，如加法器、比較器、乘法

3、器等，接著將這些不同規(guī)模的分子電路放到Mathematica平臺(tái)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)級(jí)的仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行讀取和驗(yàn)證;在研究分析仿真結(jié)果的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著分子電路規(guī)模的擴(kuò)大，輸出結(jié)果逐漸出現(xiàn)偏差，以至于無(wú)法正常讀出，這主要是由于當(dāng)電路達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，輸入的扇出增多，造成表示低濃度的分子濃度超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值;在分析調(diào)試的過(guò)程中，本文還提出了一種電路調(diào)試監(jiān)測(cè)方法，可以監(jiān)測(cè)分子電路中任一點(diǎn)的中間結(jié)果，對(duì)電路的調(diào)試起到了關(guān)鍵的作用。本文的研究工作，對(duì)利