基于DNA链置换的分子逻辑运算

发布时间：2017-12-16 09:38

  本文关键词：基于DNA链置换的分子逻辑运算

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【摘要】：DNA链置换技术是一种在DNA自组装技术的基础上发展起来的动态DNA纳米技术。DNA链置换技术可实现输入信号与输出信号之间的动态连接,是构建逻辑门及逻辑电路的一种新方法。根据DNA链置换的基本原理,本文对特定功能的分子逻辑电路模型进行了研究,构造了半减器、一位全减器、两位全减器分子逻辑电路模型以及两个改进型分子电路模型,并利用可视化DNA链置换仿真平台Visual DSD(DNA Strand Displacement)来仿真验证模型的合理性。主要研究内容如下:第一,为了构建分子逻辑电路,首先基于DNA链置换反应和双轨思想将数字逻辑门转化为对应的双轨逻辑门和分子逻辑门,从而构建了基本分子“与”门和“或”门。进而基于DNA链置换原理构建了半减器分子逻辑运算模型。在软件DSD中,对半减器进行仿真,仿真结果的正确性证明了设计电路的合理性,为接下来构建复杂的逻辑电路奠定了基础。第二,为了实现DNA计算机的复杂运算功能,在半减器的基础上构建了一位全减器和两位全减器电路,基于双轨思想和seesaw门的构建,最终构建了对应的生化逻辑电路。随后,用DSD仿真软件对一位全减器和两位全减器进行了仿真验证。仿真结果正确的表达了逻辑“0”和逻辑“1”的状态,由此说明模型设计的可行性,这为接下来构建多位全减器提供了设计方法,为DNA计算机的构建奠定了理论基础。第三,为了实现多功能且减少运算的复杂度,对电路进行了改进,构建了改进型的运算模型,即一位半加半减器和一位全加全减器逻辑运算模型。基于双轨思想和seesaw门的构建,最终实现了一位半加半减器和一位全加全减器的分子运算模型的构建,在某种程度上减少了运算的复杂度,提高了运算效率。最后,用DSD验证了设计电路的合理性。这为接下来扩建多位多功能电路提供了思路,同时,为生物计算机的研究做了铺垫。
【学位授予单位】：郑州轻工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP384

【参考文献】

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本文编号：1295575