摘要: 高性能科学计算的需求不断增加，而传统电子计算机的元器件制作工艺已近极限，科学界正在寻找全新的计算模型，来突破现有计算体系的限制。生物计算以其并行性高、能耗低、信息存储量大等特点广受关注。DNA分子的双螺旋结构，以及Watson-Crick碱基互补... 展开 高性能科学计算的需求不断增加，而传统电子计算机的元器件制作工艺已近极限，科学界正在寻找全新的计算模型，来突破现有计算体系的限制。生物计算以其并行性高、能耗低、信息存储量大等特点广受关注。DNA分子的双螺旋结构，以及Watson-Crick碱基互补配对原则，让其在电路设计中更加具有可操作性，基于DNA的分子计算模型的研究方兴未艾。其中，Winfree及其研究团队提出一种简单的seesaw模块，用以构建大规模逻辑电路。但由于化学反应的不完全性和动态性等特点，以DNA分子作为材料的电路还面临很多的问题。 本文首先对seesaw门模块进行了详细介绍，并进行仿真分析，发现随着seesaw门输出的增加，输出分子的浓度产生一些变化，处在高浓度的分子浓度会降低，而处在低浓度的分子浓度又会偏高;同时，基于DNA链置换反应和自组装技术，设计并通过实验验证了一个“OR”逻辑功能模块;随后在seesaw门模块的架构设计原则和方法之上，设计了一些常用的逻辑电路，如加法器、比较器、乘法器等，接着将这些不同规模的分子电路放到Mathematica平台下进行化学反应级的仿真，对仿真结果进行读取和验证;在研究分析仿真结果的同时，发现随着分子电路规模的扩大，输出结果逐渐出现偏差，以至于无法正常读出，这主要是由于当电路达到一定规模时，输入的扇出增多，造成表示低浓度的分子浓度超过预设的阈值;在分析调试的过程中，本文还提出了一种电路调试监测方法，可以监测分子电路中任一点的中间结果，对电路的调试起到了关键的作用。本文的研究工作，对利用DNA分子构建大规模分子电路具有一定的意义。 收起