[发明专利]基于DNA自组装算法的全减运算模型

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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I₁和I₂进行异或运算：                                               ；然后，再与I₃进行异或运算，即。而逻辑BORROW运算则是通过一个异或门、两个与门、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I₃进行与运算：；同时，I₁和进行非运算后与I₂进行与运算：；最后结合前两个步骤计算的逻辑值进行或运算，即：。

进一步，执行全减运算的Tile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。