基于微流控芯片的DNA計算研究.pdf

1、晶體管電路逐漸接近其性能極限，使得傳統(tǒng)電子計算機在工作頻率和計算速度等方面受到局限，近年來，科學家們開始探索新的計算模型來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子計算。其中DNA計算機因其高度并行性、海量的存儲能力等優(yōu)點受到科學界的極大青睞。而邏輯運算和算術運算是計算機運算系統(tǒng)中最基本的功能，因此，研究DNA計算系統(tǒng)中的邏輯運算和算術運算是實現(xiàn)DNA計算機功能的關鍵。DNA計算離不開傳統(tǒng)的生化反應，而生化反應存在著設備體積龐大、過程復雜、難以操控的不足。在微流控

2、芯片上利用微細加工技術制備各種模塊來實現(xiàn)生化反應不僅具有體積小、攜帶方便、樣品消耗少等優(yōu)點，而且能為設計并實現(xiàn)大規(guī)模實用化的DNA計算機提供有力的技術支撐。因此，基于微流控芯片的DNA計算系統(tǒng)的研究成為新的熱點。
　　本文采用分子信標代替DNA分子作為運算操作數(shù)的載體，并將DNA計算系統(tǒng)的理念與微流控技術相結合，設計了完成邏輯運算以及N位二進制算術運算的微流控芯片，并詳細說明了芯片完成運算的方法及過程。在此基礎上，進一步設計了完成

3、運算所需的溫度控制系統(tǒng)，簡要介紹了系統(tǒng)的整體結構以及其軟件編程環(huán)境，并給出了其供電、溫度采集、溫度控制等硬件模塊的具體設計方法及功能實現(xiàn)的結果。為了實時地控制溫度，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制算法跟蹤溫差信號，并在MATLAB仿真環(huán)境下對傳統(tǒng)數(shù)字PID算法和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡PID算法跟蹤單位階躍信號進行仿真比較，結果說明RBF神經(jīng)網(wǎng)絡PID控制算法具有更好的跟蹤響應效果。最后，設計了檢測運算結果的熒光檢測處理系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的整體結構，并

4、根據(jù)熒光產(chǎn)生的機理，選擇合適的器件，設計了熒光檢測系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)的基本電路，并利用Visual Basic軟件編寫程序實現(xiàn)了檢測處理系統(tǒng)的上位機控制顯示界面。
　　一直以來，學者多致力于DNA計算的建模研究，研究其設計與實現(xiàn)的并不多見，且通過生化反應實現(xiàn)DNA計算一直面臨著最終解難檢測的問題。利用微流控芯片內流體的可控流動對信息進行加工和處理雖然仍處于萌芽階段，但是很可能成為未來信息處理領域的一個重要分支，其潛力和影響不容忽視