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

1、高性能科學(xué)計算的需求不斷增加，而傳統(tǒng)電子計算機的元器件制作工藝已近極限，科學(xué)界正在尋找全新的計算模型，來突破現(xiàn)有計算體系的限制。生物計算以其并行性高、能耗低、信息存儲量大等特點廣受關(guān)注。DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)，以及Watson-Crick堿基互補配對原則，讓其在電路設(shè)計中更加具有可操作性，基于DNA的分子計算模型的研究方興未艾。其中，Winfree及其研究團隊提出一種簡單的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、性和動態(tài)性等特點，以DNA分子作為材料的電路還面臨很多的問題。
　　本文首先對seesaw門模塊進行了詳細介紹，并進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)隨著seesaw門輸出的增加，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降低，而處在低濃度的分子濃度又會偏高;同時，基于DNA鏈置換反應(yīng)和自組裝技術(shù)，設(shè)計并通過實驗驗證了一個“OR”邏輯功能模塊;隨后在seesaw門模塊的架構(gòu)設(shè)計原則和方法之上，設(shè)計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平臺下進行化學(xué)反應(yīng)級的仿真，對仿真結(jié)果進行讀取和驗證;在研究分析仿真結(jié)果的同時，發(fā)現(xiàn)隨著分子電路規(guī)模的擴大，輸出結(jié)果逐漸出現(xiàn)偏差，以至于無法正常讀出，這主要是由于當(dāng)電路達到一定規(guī)模時，輸入的扇出增多，造成表示低濃度的分子濃度超過預(yù)設(shè)的閾值;在分析調(diào)試的過程中，本文還提出了一種電路調(diào)試監(jiān)測方法，可以監(jiān)測分子電路中任一點的中間結(jié)果，對電路的調(diào)試起到了關(guān)鍵的作用。本文的研究工作，對利