基于dna自组装算法的全减运算模型的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DNA自组装算法的全减运算模型，所述基于DNA自组装算法包括以下步骤：（1）基于DNA自组装技术构建构造刚性三交叉DNA分子；（2）设计执行全减运算的三类刚性DNATiles模型，包括输入X类Tiles，输出Y类Tiles和初始化C类Tiles；在预先设定的实验条件下，控制合适温度以及溶液的浓度，保证DNA自组装顺利完成组装；（3）基于逻辑SUB运算，对全减运算结果提取，寻找出运算完整的自组装结构，分离并提取其中的报告链，根据编码原则读取结果。本发明利用DNA自组装技术可以构建许多复杂的不同形状的图案，还可在纳米尺度下修饰材料的表面。
【专利说明】基于DNA自组装算法的全减运算模型
【技术领域】
[0001]本发明属于减法器【技术领域】，尤其涉及一种基于DNA自组装算法的全减运算模型。
【背景技术】
[0002]自组装技术是解决有机功能分子与电极连接问题最有希望的技术之一，近年来在构筑分子电子器件中得到了越来越多的应用，成为分子电子学发展的一个重要方向。利用自组装技术进行不同几何形状图案的构建以及对材料表面的修饰是自组装技术最简单、最初步的应用。选择一定结构、形状的分子，通过自组装技术可以构筑不同几何形状的图案。随着对分子识别过程中各种作用力本质的深入了解，人们已经从制备具有特定结构和构筑基元出发来组装多维、高度有序、结构复杂具有特定功能的组装体。
[0003]目前，在电子计算机内部硅芯片上安放的电路系统越来越多，尺寸越来越小，已接近物理极限。将单个分子或极小的化学基因变成计算机芯片上的元件可大大缩小其尺寸跨越传统极限限制。单个逻辑运算单元的信号处理能力是有限的，为了进一步提高网络的可承载信息容量，需要发展具有复杂逻辑运算功能的逻辑运算电路。
[0004]DNA分子编码地球上所有形式的生命，可以论证:就数据存储和处理而言，它们是已知的最强有力的媒介。然而，迄今DNA几乎没有被用于计算机，其原因主要是:缺乏一种方法，能够将生命分子转换成器件，而器件可以完成逻辑操作。
[0005]自组装技术是解决有机功能分子与电极连接问题最有希望的技术之一，近年来在构筑分子电子器件中得到了越来越多的应用，成为分子电子学发展的一个重要方向。利用自组装技术进行不同几何形状图案的构建以及对材料表面的修饰是自组装技术最简单、最初步的应用。选择一定结构、形状的分子，通过自组装技术可以构筑不同几何形状的图案。随着对分子识别过程中各种作用力本质的深入了解，人们已经从制备具有特定结构和构筑基元出发来组装多维、高度有序、结构复杂具有特定功能的组装体。
[0006]全减器是现代计算机的一个基本组成部分，目前，在电子计算机内部硅芯片上安放的电路系统越来越多，尺寸越来越小，已接近物理极限。将单个分子或极小的化学基因变成计算机芯片上的元件可大大缩小其尺寸跨越传统极限限制。在数字逻辑电路中需要不同的逻辑门进行复杂的连接来完成全加逻辑功能，而分子自组装只需要通过DNA分子在一定的生化条件下，进行组装就可以实现全减逻辑功能。这样大大地减少逻辑器件使用数目，使成本也大大地降低，更方便地投入到我们将来的实际应用中去。
【发明内容】
[0007]本发明实施例的目的在于提供一种基于DNA自组装算法的全减运算模型，旨在解决单个逻辑运算单元的信号处理能力是有限的，为了进一步提高网络的可承载信息容量，需要发展具有复杂逻辑运算功能的逻辑运算电路的问题。
[0008]本发明实施例是这样实现的，一种基于DNA自组装算法的全减运算模型，所述方法包括以下步骤:基于DNA自组装技术构建构造刚性三交叉DNA分子；设计全减器的三种类型刚性DNA Tiles,包括输入X类Tiles，输出Y类Tiles和初始化C类Tiles ;在预先设定的实验条件下，控制合适温度以及溶液的浓度，保证DNA自组装顺利完成组装；结果提取，寻找出运算完整的自组装结构，分离并提取其中的报告链，根据编码原则读取结果。
[0009]进一步，逻辑SUB运算是通过两个异或门组合实现的:首先，输入值J1和I2进行
异或运算;然后，再与/3进行异或运算，即
【权利要求】
1.一种基于DNA自组装算法的全减运算模型，其特征在于:所述基于DNA自组装算法包括以下步骤: (1)基于DNA自组装技术构建构造刚性三交叉DNA分子； (2)设计执行全减运算的三类刚性DNATiles模型，包括输入X类Tiles，输出Y类Tiles和初始化C类Tiles ;在预先设定的实验条件下，控制合适温度以及溶液的浓度，保证DNA自组装顺利完成组装； (3)基于逻辑SUB运算，对全减运算结果提取，寻找出运算完整的自组装结构，分离并提取其中的报告链，根据编码原则读取结果。
2.根据权利要求1所述的基于DNA自组装算法的全减运算模型，其特征在于:所述逻辑SUB运算是通过两个异或门组合实现的:首先，输入值I1和I2进行异或运算:
3.而逻辑BORROW运算则是通过一个异或门、两个与门、O两个非门和一个或门组合实现的:首先，输入值I1和I2先进行异或运算后进行非运算:,然后再与h进行与运算;同时，J1和进行非运算后与/2进行与运算
4.根据权利要求1所述的基于DNA自组装算法的全减运算模型，其特征在于:所述执行全减运算的三类刚性DNA Tiles模型为:三交叉螺旋抽象成矩形，Tiles之间通过粘性末端进行连接，抽象成几何形状的螺旋没有发夹结构；粘性末端抽象成三角形；分子瓦输出值和输入值分别位在矩形上下两个边上，每一个粘性末端代表一个值，一起构成了用于执行全减运算的组分Tiles集合。
5.根据权利要求1所述的基于DNA自组装算法的全减运算模型，其特征在于:所述全减运算，输出Y (对应于SUB运算)是由三个输入X做异或运算而得，即对于一系列的布尔逻辑输入巧七,.^..和一系列输出变量
【文档编号】H03K19/20GK103580680SQ201310529910
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】崔光照, 王延峰, 孙军伟, 牛莹, 吴艳敏, 王春秀, 张勋才, 王子成, 叶盟盟, 田桂花 申请人:郑州轻工业学院