【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物计算，具体为一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法。
技术介绍
1、dna链置换技术是近年来生物计算领域应用比较广的计算模式，由于操作简单，具有自引发性，灵敏性和准确性等特点被推广应用到大规模分子逻辑电路的构建上。目前基于双轨策略设计的数字逻辑电路发展迅速。然而随着研究的深入，发现越来越多的复杂大规模逻辑电路需要实现，但是双轨电路的本质是用电路的复杂度来换取电路的稳定性，它所需要的门电路的数量巨大，电路规模越大越复杂，所需要的dna链越多，增加了实验难度，甚至难以实现，从长远来看，基于双轨策略设计的逻辑电路的方法限制了大规模分子逻辑电路的发展。
2、基于此问题，从根本上解决由浓度引起的非门不稳定问题，并进一步构造域编码的逻辑运算模块，实现逻辑与或非的运算功能成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，利用dna链置换技术，采用域编码策略，结合输入映射模块设计了幂加法运算分子电路，此设计在利用了dna分子间的杂交配对前提下，使用了稳定性更好的域编码策略，避免使用高低浓度来表示逻辑值的高低，对dna信号链的域进行编码，采用编码“1”和编码“0”来区分dna链逻辑值的正负，成功解决了非门引起的错误输出问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，包括以下步骤：
3、步骤一：根据
4、步骤二：利用域编码策略构建域编码扇出门、域编码放大器和荧光报告门；
5、步骤三：构建域编码逻辑运算模块，比如一输入一输出逻辑运算模块，二输入一输出逻辑运算模块，三输入一输出逻辑运算模块，n输入一输出逻辑运算模块；
6、步骤四：利用域编码逻辑运算模块构建求取四位平方根的dna电路，用dsd仿真软件验证了它的正确性，并与双轨搭建的四位平方根电路做了对比分析；
7、步骤五：利用域编码逻辑运算模块构建幂加法运算的dna电路，用dsd仿真软件验证其正确性，并与双轨搭建的幂加法dna运算电路做了对比分析。
8、优选的，所述步骤一中的域编码策略，是将以立足点t为中心的dna信号链分为左右两部分，左侧部分可与上游信号链相同域结构进行互补配对，右侧部分决定每条单链的逻辑值；根据域的编码不同，dna单链可将域编码为(0，0)，(0，1)，(1，0)，(1，1)4种编码，编码0对应代表逻辑值“0”，编码1代表逻辑值“1”，若右侧编码为“0”，则代表dna链的逻辑值为负，若右侧编码为“1”，则代表dna链的逻辑值为正。dna链的域编码结构设计为：a0()＝<a^0b^t^c^0d^>，a1()＝<a^0b^t^c^1d^>，a2()＝<a^1b^t^c^0d^>，a3()＝<a^1b^t^c^1d^>。其中，t^为小支点域，<>表示dna链的上链结构部分。
9、优选的，所述步骤二中的利用域编码策略构建的扇出门，由四条双链(标记为f01,f02,f03,f04)和两个燃料链(h0,h1)组成，双链结构设计为：f01()＝{t^*}[a^0b^t^]<e^0f^>，f02()＝{t^*}[a^1b^t^]<e^1f^>，f03()＝{t^*}[a^0b^t^]<g^0k^>，f04()＝{t^*}[a^1b^t^]<g^1k^>，燃料链结构设计为：h0()＝<a^0b^t^hl^h hr^>，h1()＝<a^1b^t^hl^hhr^>；
10、其中，t^为小支点域，<>表示dna链的上链结构部分、[]表示dna链已互补配对过的双链结构部分、:表示用来连接两部分双链结构域、{}表示dna链的下链结构部分、^用来标记上链结构域、^*用来标记下链结构域；
11、域编码2-扇出门的反应方程式如下所示：
12、a0+f01→sp8+output1(1)
13、a0+f02→sp8+output2(2)
14、a0+f03→sp10(3)
15、a0+f04→sp9(4)
16、h0+sp8→sp7+a0(5)
17、反应式(1)-(4)为输入链a0与域编码扇出门双链f01-f04的反应过程，箭头左侧a0和f01-f04为参与反应物，箭头右侧为新生成物，dna链置换的正向反应速率和反向解绑速率，分别设置为3.0e-4nm-1s-1和0.1126s-1，后面的反应过程均为此反应速率，反应式(5)为燃料链h0与废料sp8之间的反应过程，箭头右侧重新产生输入链a0，此时a0输入链的浓度可以设定与扇出门双链的浓度相等，所有扇出门的双链均设置相等，为了使输出链的浓度达到更高，将燃料链的浓度设定为所有扇出门双链浓度之和的2倍；
18、所述步骤二中的域编码放大器，由两个双链amp0和amp1，两个燃料链h0和h1组成，amp0双链设计为{t^*}[a1^0a2^t^]<c1^0c2^>，与h0组合完成逻辑0的放大任务，amp1双链设计为{t^*}[a1^1a2^t^]<c1^1c2^>，与h1组合完成逻辑1的放大任务。
19、域编码放大器的反应方程式如下所示：
20、a0+amp0→sp10+out(6)
21、a0+amp1→sp11(7)
22、h0+sp10→sp6+a0(8)
23、h1+sp10→sp7(9)
24、反应式(6)-(7)是代表逻辑值“0”的输入链a0与域编码放大器双链的反应过程。这里设定输入链浓度为1x(1x＝103nm)，放大器双链浓度设置1x，燃料链浓度设置为双链浓度的2倍，输入链a0通过中间的立足点t同时与双链amp1和amp2进行链置换反应，只有与amp0反应路径上形成了单链out，而amp1只产生了中间产物sp11，不会有单链产生；此时单链out的逻辑值保持与输入链a0的逻辑值相同，均代表逻辑值“0”，而它的浓度却被重新提升到了1x浓度。
25、若输入逻辑值为“1”的信号链a1时，输入链a1通过中间的立足点t同时与双链amp0和amp1进行链置换反应，只有与amp1反应路径上形成了单链，而amp0只产生了中间产物，不会有单链产生；输出的单链逻辑值保持与输入链a1的逻辑值相同，均代表逻辑值“1”，浓度被重新提升到了1x浓度。反应式(8)-(9)是燃料链h0和h1同时与中间产物链sp10发生链置换，与h0置换后重新产生输入链a0的过程；
26、所述步骤二中的荧光报告门，用来将输出信号链转换为便于检测的荧光信号，域编码的荧光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤一中的域编码策略，是将以立足点T为中心的DNA信号链分为左右两部分，左侧部分可与上游信号链相同域结构进行互补配对，右侧部分决定每条单链的逻辑值；根据域的编码不同，DNA单链可将域编码为(0，0)，(0，1)，(1，0)，(1，1)4种编码，编码0对应代表逻辑值“0”，编码1代表逻辑值“1”，若右侧编码为“0”，则代表DNA链的逻辑值为负，若右侧编码为“1”，则代表DNA链的逻辑值为正。DNA链的域编码结构设计为：A0()＝<a^0b^T^c^0d^>，A1()＝<a^0b^T^c^1d^>，A2()＝<a^1b^T^c^0d^>，A3()＝<a^1b^T^c^1d^>。其中，T^为小支点域，<>表示DNA链的上链结构部分。
3.根据权利要求1所述的一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤二中的利
4.根据权利要求1所述的一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤三中的域编码逻辑运算模块，根据输入端的个数分为：一输入一输出逻辑运算模块、二输入一输出逻辑运算模块、三输入一输出逻辑运算模块及N输入一输出逻辑运算模块，这些运算模块的主要依据是根据数学中的映射关系而得到，根据输入端的个数来决定运算模块包含多少条DNA双链以及双链域的长度，通过编写双链域的逻辑值来确定逻辑功能；
5.根据权利要求1所述的一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤四中的利用域编码逻辑运算模块构建求取四位平方根的DNA电路，计算了典型的4个输入值0、1、4、9，域编码逻辑运算模块构建求取四位平方根的DNA电路由4个逻辑非门，3个三输入逻辑与门，1个二输入逻辑或门和1个二输入逻辑与门构成，对应上述域编码逻辑运算模块思想，使用一输入、二输入、三输入逻辑运算模块来实现。
6.根据权利要求1所述的一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤五中幂加法分子电路的方法为：通过逻辑关系得到幂加法运算逻辑电路的真值表，根据真值表构建幂加法逻辑电路，幂加法逻辑电路主要由4个非门，13个与门，和5个或门构成。
7.根据权利要求1所述的一种基于DNA域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤五中的利用域编码逻辑运算模块和幂加法逻辑电路构建幂加法分子电路，实现2x与2x的加法运算(x取0-3)，例如20与23的加法运算。
8.根据权利要求1所述的构建逻辑运算模块方法，还包括搭建出与门、或门逻辑运算模块，扇出门、荧光报告门分子电路，通过DNA链置换后，得到输出荧光链OUTL01()＝<m1^0m2^fluor01>代表逻辑值0，OUTL12()＝<n1^1n2^fluor12>代表逻辑值1，OUTL21()＝<p1^0p2^fluor21>代表逻辑值0，OUTL31()＝<q1^0q2^fluor31>代表逻辑值0，OUTL41()＝<w1^0w2^fluor41>代表逻辑值0。
...【技术特征摘要】
1.一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤一中的域编码策略，是将以立足点t为中心的dna信号链分为左右两部分，左侧部分可与上游信号链相同域结构进行互补配对，右侧部分决定每条单链的逻辑值；根据域的编码不同，dna单链可将域编码为(0，0)，(0，1)，(1，0)，(1，1)4种编码，编码0对应代表逻辑值“0”，编码1代表逻辑值“1”，若右侧编码为“0”，则代表dna链的逻辑值为负，若右侧编码为“1”，则代表dna链的逻辑值为正。dna链的域编码结构设计为：a0()＝<a^0b^t^c^0d^>，a1()＝<a^0b^t^c^1d^>，a2()＝<a^1b^t^c^0d^>，a3()＝<a^1b^t^c^1d^>。其中，t^为小支点域，<>表示dna链的上链结构部分。
3.根据权利要求1所述的一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤二中的利用域编码策略构建的扇出门，由四条双链(标记为f01,f02,f03,f04)和两个燃料链(h0,h1)组成，双链结构设计为：f01()＝{t^*}[a^0b^t^]<e^0f^>，f02()＝{t^*}[a^1b^t^]<e^1f^>，f03()＝{t^*}[a^0b^t^]<g^0k^>，f04()＝{t^*}[a^1b^t^]<g^1k^>，燃料链结构设计为：h0()＝<a^0b^t^hl^h hr^>，h1()＝<a^1b^t^hl^hhr^>；
4.根据权利要求1所述的一种基于dna域编码的幂加法运算逻辑电路构建方法，其特征在于，所述步骤三中的域编码逻辑运算模块，根据输入端的个数分为：一输入一输出逻辑运算...
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