基于dna自組裝算法的全減運算模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于DNA自組裝算法的全減運算模型，所述基于DNA自組裝算法包括以下步驟：（1）基于DNA自組裝技術構建構造剛性三交叉DNA分子；（2）設計執(zhí)行全減運算的三類剛性DNATiles模型，包括輸入X類Tiles，輸出Y類Tiles和初始化C類Tiles；在預先設定的實驗條件下，控制合適溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；（3）基于邏輯SUB運算，對全減運算結果提取，尋找出運算完整的自組裝結構，分離并提取其中的報告鏈，根據編碼原則讀取結果。本發(fā)明利用DNA自組裝技術可以構建許多復雜的不同形狀的圖案，還可在納米尺度下修飾材料的表面。
【專利說明】基于DNA自組裝算法的全減運算模型
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于減法器【技術領域】，尤其涉及一種基于DNA自組裝算法的全減運算模型。
【背景技術】
[0002]自組裝技術是解決有機功能分子與電極連接問題最有希望的技術之一，近年來在構筑分子電子器件中得到了越來越多的應用，成為分子電子學發(fā)展的一個重要方向。利用自組裝技術進行不同幾何形狀圖案的構建以及對材料表面的修飾是自組裝技術最簡單、最初步的應用。選擇一定結構、形狀的分子，通過自組裝技術可以構筑不同幾何形狀的圖案。隨著對分子識別過程中各種作用力本質的深入了解，人們已經從制備具有特定結構和構筑基元出發(fā)來組裝多維、高度有序、結構復雜具有特定功能的組裝體。
[0003]目前，在電子計算機內部硅芯片上安放的電路系統(tǒng)越來越多，尺寸越來越小，已接近物理極限。將單個分子或極小的化學基因變成計算機芯片上的元件可大大縮小其尺寸跨越傳統(tǒng)極限限制。單個邏輯運算單元的信號處理能力是有限的，為了進一步提高網絡的可承載信息容量，需要發(fā)展具有復雜邏輯運算功能的邏輯運算電路。
[0004]DNA分子編碼地球上所有形式的生命，可以論證:就數據存儲和處理而言，它們是已知的最強有力的媒介。然而，迄今DNA幾乎沒有被用于計算機，其原因主要是:缺乏一種方法，能夠將生命分子轉換成器件，而器件可以完成邏輯操作。
[0005]自組裝技術是解決有機功能分子與電極連接問題最有希望的技術之一，近年來在構筑分子電子器件中得到了越來越多的應用，成為分子電子學發(fā)展的一個重要方向。利用自組裝技術進行不同幾何形狀圖案的構建以及對材料表面的修飾是自組裝技術最簡單、最初步的應用。選擇一定結構、形狀的分子，通過自組裝技術可以構筑不同幾何形狀的圖案。隨著對分子識別過程中各種作用力本質的深入了解，人們已經從制備具有特定結構和構筑基元出發(fā)來組裝多維、高度有序、結構復雜具有特定功能的組裝體。
[0006]全減器是現代計算機的一個基本組成部分，目前，在電子計算機內部硅芯片上安放的電路系統(tǒng)越來越多，尺寸越來越小，已接近物理極限。將單個分子或極小的化學基因變成計算機芯片上的元件可大大縮小其尺寸跨越傳統(tǒng)極限限制。在數字邏輯電路中需要不同的邏輯門進行復雜的連接來完成全加邏輯功能，而分子自組裝只需要通過DNA分子在一定的生化條件下，進行組裝就可以實現全減邏輯功能。這樣大大地減少邏輯器件使用數目，使成本也大大地降低，更方便地投入到我們將來的實際應用中去。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于DNA自組裝算法的全減運算模型，旨在解決單個邏輯運算單元的信號處理能力是有限的，為了進一步提高網絡的可承載信息容量，需要發(fā)展具有復雜邏輯運算功能的邏輯運算電路的問題。
[0008]本發(fā)明實施例是這樣實現的，一種基于DNA自組裝算法的全減運算模型，所述方法包括以下步驟:基于DNA自組裝技術構建構造剛性三交叉DNA分子；設計全減器的三種類型剛性DNA Tiles,包括輸入X類Tiles，輸出Y類Tiles和初始化C類Tiles ;在預先設定的實驗條件下，控制合適溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；結果提取，尋找出運算完整的自組裝結構，分離并提取其中的報告鏈，根據編碼原則讀取結果。
[0009]進一步，邏輯SUB運算是通過兩個異或門組合實現的:首先，輸入值J1和I2進行
異或運算;然后，再與/3進行異或運算，即
【權利要求】
1.一種基于DNA自組裝算法的全減運算模型，其特征在于:所述基于DNA自組裝算法包括以下步驟: (1)基于DNA自組裝技術構建構造剛性三交叉DNA分子； (2)設計執(zhí)行全減運算的三類剛性DNATiles模型，包括輸入X類Tiles，輸出Y類Tiles和初始化C類Tiles ;在預先設定的實驗條件下，控制合適溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝； (3)基于邏輯SUB運算，對全減運算結果提取，尋找出運算完整的自組裝結構，分離并提取其中的報告鏈，根據編碼原則讀取結果。
2.根據權利要求1所述的基于DNA自組裝算法的全減運算模型，其特征在于:所述邏輯SUB運算是通過兩個異或門組合實現的:首先，輸入值I1和I2進行異或運算:
3.而邏輯BORROW運算則是通過一個異或門、兩個與門、O兩個非門和一個或門組合實現的:首先，輸入值I1和I2先進行異或運算后進行非運算:,然后再與h進行與運算;同時，J1和進行非運算后與/2進行與運算
4.根據權利要求1所述的基于DNA自組裝算法的全減運算模型，其特征在于:所述執(zhí)行全減運算的三類剛性DNA Tiles模型為:三交叉螺旋抽象成矩形，Tiles之間通過粘性末端進行連接，抽象成幾何形狀的螺旋沒有發(fā)夾結構；粘性末端抽象成三角形；分子瓦輸出值和輸入值分別位在矩形上下兩個邊上，每一個粘性末端代表一個值，一起構成了用于執(zhí)行全減運算的組分Tiles集合。
5.根據權利要求1所述的基于DNA自組裝算法的全減運算模型，其特征在于:所述全減運算，輸出Y (對應于SUB運算)是由三個輸入X做異或運算而得，即對于一系列的布爾邏輯輸入巧七,.^..和一系列輸出變量
【文檔編號】H03K19/20GK103580680SQ201310529910
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】崔光照, 王延峰, 孫軍偉, 牛瑩, 吳艷敏, 王春秀, 張勛才, 王子成, 葉盟盟, 田桂花 申請人:鄭州輕工業(yè)學院