[发明专利]一种基于DNA链置换的逻辑电路和装置

说明书

本申请公开了一种基于DNA链置换的逻辑电路和装置。该电路包括输入模块，用于获取第一浓度的输入信号单链；阶跃模块，设有对应的预设阈值和预设增益比例，用于在所述输入信号单链的总浓度高于所述预设阈值时，反应生成所述预设增益比例的浓度的输出信号单链；输出模块，用于根据所述输出信号单链的总浓度输出0‑1数字信号。该装置包括所述电路。本申请实施例中，通过在所述逻辑电路设置阶跃模块，基于其对应的预设阈值和预设增益比例与输入信号单链反应，调整输出信号单链的浓度，并最终输出数字信号，能够提高电路的突变灵敏度和准确度，可提高基于DNA链所构成电路的工作效率。本申请可广泛应用于DNA信息技术领域内。

技术领域

本申请涉及DNA信息技术领域，尤其是一种基于DNA链置换的逻辑电路和装置。

背景技术

生物分子计算是指利用生物分子在分子规模上执行计算的一系列方法，包括分子计算、膜计算、基于细菌视紫红质的信息存储等。近年来，可编程的DNA计算逐渐成为一项热门研究方向，其中DNA链置换技术是实现DNA计算的一种重要手段。DNA链置换技术是一种等温、无酶的体外DNA扩增技术，该技术对序列的识别具有高度的选择性，在DNA纳米技术的帮助下，DNA链置换已用于第二代DNA探针系统的基因信号检测，并有潜力作为体内智能分子系统用于DNA信号的检测和处理。目前，利用DNA链置换技术已经开发出了一些生物分子信号处理系统，如无酶核酸逻辑电路，遗传编程和可进化分子机器，可执行自动联想记忆计算的Hopfield网络等。基于DNA链置换设计的电路可以分为数字电路和模拟电路两种，DNA数字电路中，一项重要任务是构建稳定且可扩展的逻辑门，自Adleman展示DNA计算以来，很多学者都独立地提出了不同DNA逻辑门的结构和实验操作，但是这些逻辑门无法组装成为具有一定规模的电路系统。

现有技术中，存在一种基于支点(toehold)交换机制的“跷跷板”DNA门结构，这种DNA计算结构可扩展性、模块化性较好，并且具有较高的鲁棒性。在这种结构中，每个逻辑门被抽象为表示支点交换的一个跷跷板节点，输入链与逻辑门的反应在直觉上类似于一个跷跷板，在燃料链的作用下，正向反应将向跷跷板门的一侧移动，由此产生输出链。因为输入链与逻辑门的反应是可逆反应，而输入链与阈值链的是不可逆反应，所以输入更链倾向于与阈值链结合，这样阈值链将在输入链与逻辑门反应之前吸收期望浓度的输入链。但是，目前的跷跷板门还至少存在以下问题：跷跷板门本质上是一个单位阶跃函数，在阈值附近的敏感度较低，突变较平缓。目前，现有技术中还缺少一种技术方案，以用于解决以上问题。

发明内容

本申请的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种基于DNA链置换的逻辑电路，通过设置阶跃模块使得逻辑电路的输出信号具有较高的突变灵敏度和准确度。

本申请实施例的另一个目的在于提供一种基于DNA链置换的逻辑装置。

为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本申请实施例提供了一种基于DNA链置换的逻辑电路，包括：

输入模块，用于获取第一浓度的输入信号单链；

阶跃模块，设有对应的预设阈值和预设增益比例，用于在所述输入信号单链的总浓度高于所述预设阈值时，反应生成所述预设增益比例的浓度的输出信号单链；所述输入信号单链的总浓度等于至少一个所述第一浓度之和；

输出模块，用于根据所述输出信号单链的总浓度输出0-1数字信号。

另外，根据本申请上述实施例的基于DNA链置换的逻辑电路，还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本申请的一个实施例中，所述阶跃模块具体包括：

阈值子模块，包括第二浓度的湮灭信号单链，所述湮灭信号单链用于与所述输入信号单链反应生成湮灭信号双链；