基于局域性dna發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門及求反電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于基于分子電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DNA鏈自組裝原理的基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門及利用該異或門所構(gòu)建的求反電路。該異或門采用雙軌邏輯構(gòu)建而成，包括單鏈DNA輸入、燃料發(fā)卡和固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡；該求反電路屬于一種三位二進(jìn)制輸入求反電路，由兩個并列的異或門構(gòu)成。所提供的異或門，錯誤的鏈置換反應(yīng)發(fā)生的概率較低，同時DNA鏈置換反應(yīng)的效率得以提高。所提供的求反電路中，可實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，互不干擾；對該求反電路的Visual DSD的仿真結(jié)果表明，該求反電路構(gòu)建合理，同時該求反電路具有良好的性能，在構(gòu)建大型復(fù)雜分子系統(tǒng)中具有構(gòu)建速度快、精確度高和拓展性強(qiáng)等優(yōu)勢。
【專利說明】
基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門及求反電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于基于分子電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DNA鏈自組裝原理的 基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門及利用該異或門所構(gòu)建的求反電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為自然計(jì)算的一個分支，生物計(jì)算中基于生物材料已構(gòu)建出大量多功能性分子 計(jì)算設(shè)備?；贒NA的自發(fā)性配對組裝、可自動進(jìn)行鏈置換等自然特征，它是一種進(jìn)行分子 計(jì)算的理想材料，可為更多DNA分子電路的構(gòu)建提供巨大潛力。然而，由于全局性DNA鏈置換 反應(yīng)中分子擴(kuò)散速度慢以及錯誤的分子碰撞問題，越來越多的研究者開始著眼于局域性分 子鏈置換在分子電路構(gòu)建中的應(yīng)用。
[0003] 局域性DNA分子電路的構(gòu)建原理為:部分DNA分子被束縛在一種DNA襯底上，并且它 們只能與足夠接近的其他DNA分子發(fā)生反應(yīng)，這樣就可有效避免全局性DNA鏈置換反應(yīng)中分 子擴(kuò)散速度慢以及錯誤的分子碰撞問題。
[0004] 在過去的幾年里，研究者們對局域性DNA分子電路進(jìn)行了大量設(shè)計(jì)和構(gòu)建工作，并 取得了一定的成果，例如：2011年，Chandran基于局域性DNA鏈置換反應(yīng)提出了與門、或門 以及與或門等分子邏輯門的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建立了局域性四輸入求平方根 電路;2014年，錢璐璐和Winfree基于一種新型鏈置換反應(yīng)在DNA折紙構(gòu)建的底板上模擬化 學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上提出了空間邏輯算法電路的構(gòu)建方法，并以四輸入開平方電路為 例進(jìn)行了詳細(xì)闡述。由于DNA分子電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和其未來應(yīng)用前景的重要性，基于已有 的DNA分子電路設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)新的DNA分子電路仍然具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于提供一種基于DNA鏈自組裝原理的基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反 應(yīng)的異或門及利用該異或門所構(gòu)建的求反電路，從而豐富現(xiàn)有的DNA分子電路。
[0006] 本發(fā)明所采取的詳細(xì)技術(shù)方案如下所述。
[0007] -種基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門，采用雙軌邏輯構(gòu)建而成，包括單鏈 DNA輸入、燃料發(fā)卡和固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡； 所述單鏈DNA輸入有四種:<s a〇>、〈s b〇>、〈s c〇>、〈s d〇>; 所述DNA燃料發(fā)卡有兩種:<y~*>[s*] {x~>、〈z~*>[s*] {F~>; 所述固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡有七種：{tetherO atT*}[s]{y~>、{tether〇 x~*} [s]{blank~>、{tether〇 b(T*}[s]{y~>、{tethe;r() x~*}[s]{z~>、{tether〇 ctT*}[s]{y~ >、{tetherO dtT*} [s] {y~>、{tetherO F~*} [s] {i~>，其中tetherO表示發(fā)卡被束縛； 所述折紙基質(zhì)，具體例如為：利用DNA短鏈與長鏈的特異性結(jié)合自組裝而成的50 X 100nm尺寸左右的成矩形的單層DNA; 所述單鏈DNA輸入和燃料發(fā)卡在空間上均是自由擴(kuò)散的，而固定在折紙基質(zhì)上的DNA發(fā) 卡在空間上則是被束縛的，只能與相鄰的DNA鏈(即單鏈DNA)反應(yīng)。
[0008] 在數(shù)字電路中，邏輯運(yùn)算只采用兩種狀態(tài)，sr〇"和"r;對于數(shù)字電路的異或門而 言，當(dāng)兩輸入的邏輯值不同時，輸出的邏輯值為"1"，當(dāng)兩輸入的邏輯值相同時，輸出的邏輯 值為"〇"，例如:兩輸入的邏輯值為 XQ=0、X1=0,此時輸出的邏輯值為，y=〇;采用雙軌邏輯來構(gòu) 建異或門時，原輸入XQ由xt/ 3和XQ1替代，原輸入XI由XI*3和XI1替代，而輸出值y 1仍與原輸出值y 相當(dāng)；對于雙軌邏輯而言，當(dāng)以的邏輯值為"1"時，Xl的邏輯值為"0"，x/的邏輯值為"1"時， 的邏輯值也為T ;而當(dāng)Xl°的邏輯值為"0"時，Xl的邏輯值為T，x/的邏輯值為"0"時，Xl 的邏輯值也為"〇"；因而，當(dāng)且僅當(dāng)xqWPx/的邏輯值相同時，雙軌邏輯異或門的輸出y1的邏 輯值為"1"，這也意味著輸出y的邏輯值為"1"，反之，y 1的邏輯值為"〇"，這也意味著y的邏輯 值為"〇"； 為便于理解和描述，對應(yīng)于數(shù)字電子電路中的邏輯值，規(guī)定： 〈s &〇〉- xi，〈s bo〉- xo，〈s co〉- xi，〈s do〉- xo 〇
[0009] 利用所述基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)異或門所構(gòu)建的求反電路，屬于一種三 位二進(jìn)制輸入求反電路，由兩個并列的異或門構(gòu)成;在該電路中： 輸入X3代表輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位，它只有"〇"和"1"兩種邏輯狀態(tài)，且"〇"代表輸入二 進(jìn)制數(shù)為正，"1"代表輸入二進(jìn)制數(shù)為負(fù);輸入X4和X5分別代表二進(jìn)制輸入數(shù)值的高位和低 位，也同樣只有"0"和"1"兩種邏輯狀態(tài);輸出ydPy 2分別代表二進(jìn)制輸出數(shù)值的高位和低 位，也同樣只有"0"和"1"兩種邏輯狀態(tài)； 該求反電路的真值表如下所示：
[0010]從該求反電路的真值表中可以看出，當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位X3的邏輯值為"〇" 時，輸出二進(jìn)制數(shù)與輸入二進(jìn)制數(shù)相同；而當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位X3的邏輯值為"1"時， 輸出二進(jìn)制數(shù)的符號位y〇與輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位X3相同，輸出二進(jìn)制數(shù)的高位7:和低位 y2與輸入二進(jìn)制數(shù)的高位X4和低位X5分別相反。
[0011]本發(fā)明基于DNA自組裝和DNA鏈置換的技術(shù)原理，采用雙軌邏輯提供了一種基于局 域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門，在該異或門中，由于DNA組件在DNA折紙中是被精確束 縛、固定在特定位置的，因而使得錯誤的鏈置換反應(yīng)發(fā)生的概率降低，從而提高了DNA鏈置 換反應(yīng)的精確度；同時，由于臨近的DNA組件在DNA折紙基質(zhì)中具有較高濃度，因而可使得 DNA鏈置換反應(yīng)速度加快，提高DNA鏈置換反應(yīng)的效率。利用該基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反 應(yīng)的異或門所構(gòu)建的局域性DNA求反電路，由于包含兩個并列的異或門，因而可實(shí)現(xiàn)并行計(jì) 算，互不干擾;對該求反電路的Visual DSD的仿真結(jié)果表明，該求反電路構(gòu)建合理，同時該 求反電路具有良好的性能，在構(gòu)建大型復(fù)雜分子系統(tǒng)中具有構(gòu)建速度快、精確度高和拓展 性強(qiáng)等優(yōu)勢；同時，由于該求反電路中的部分DNA組件在空間上是相互隔離的，因而使得DNA 序列在一定程度上可以重復(fù)利用，從而為大型復(fù)雜分子系統(tǒng)的構(gòu)建提供便利。
【附圖說明】
[0012] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字電路中的異或門及基于雙軌邏輯的異或門；其中(a)為數(shù)字 電路中的異或門及其對應(yīng)的真值表，（b)為由基本邏輯門所構(gòu)建的異或門，（c)為基于雙軌 邏輯所構(gòu)建的異或門； 圖2為基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)設(shè)計(jì)的異或門示意圖； 圖3為基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)異或門所構(gòu)建的求反電路，其中（a)為求反電路 及其對應(yīng)的真值表，（b)為設(shè)計(jì)的求反電路示意圖； 圖4為對所構(gòu)建的異或門的仿真模擬結(jié)果； 圖5為對所構(gòu)建的求反電路輸入為000-011時的仿真模擬結(jié)果； 圖6為對所構(gòu)建的求反電路輸入為100-111時的仿真模擬結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋說明。
[0014] 實(shí)施例1 如圖2所示，本發(fā)明所提供的基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門，采用雙軌邏輯 構(gòu)建而成，包括單鏈DNA輸入、燃料發(fā)卡和固定于折紙基質(zhì)的DNA發(fā)卡； 所述單鏈DNA輸入有四個:<s ao>、〈s bo>、〈s co>、〈s do>; 所述DNA燃料發(fā)卡有兩種：〈}^*>[8*]{1~>(即圖中？(7，1))、〈2~*>[8*]作~>(即圖中？ (z，F(xiàn)); 所述固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡有七種：{tether〇 atT*}[s]{y~>(即圖中H(ao，y)、 {tether() x~*} [s] {blank~>(即圖中H(x，_)、{tether() btT*}[s]{y~>(即圖中H(bo，y)、 {tether () x~*}[s]{z~>(即圖中 H(x，z)、{tether () ctT*}[s]{y~>(即圖中 H(co，y)、 {tether () dtT*}[s]{y~>(即圖中H( do, y)、{tether () F~*}[s]{i~>(即圖中H(F，i)，其中 tether()表示發(fā)卡被束縛； 所述折紙基質(zhì)，具體為:利用DNA短鏈與長鏈的特異性結(jié)合自組裝而成的50X100nm尺 寸左右的成矩形的單層DNA; 所述單鏈DNA輸入和燃料發(fā)卡在空間上均是自由擴(kuò)散的，而固定在折紙基質(zhì)上的DNA發(fā) 卡在空間上則是被束縛的，只能與相鄰的DNA鏈(即單鏈DNA)反應(yīng)。
[0015] 需要解釋的是，上述異或門中所涉及的DNA鏈并非唯一的，但作為研究基礎(chǔ)，本發(fā) 明中所采用的具體的相關(guān)DNA鏈序列如下： 單鏈DNA輸入：
<s ao>，如SEQ ID N0.1 所示，即： 〈sb〇>JnSEQIDN0.2K*JP: <s c〇>，如SEQ ID NO.3所示，即： <s do〉，如SEQ ID NO.4所示，即： DNA燃料發(fā)卡：<y~*>[s*]{x~>，如SEQ ID N0.5所示，<z~*>[s*]{F~>，如SEQ ID N0.6 所示， 固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡：{tether〇atT*}[s]{y~>，如SEQ ID N0.7所示；{tether ()x~*}[s]{blank~>，如SEQ ID N0.8所示；{tether〇b(T*}[s]{y~>，如SEQ ID N0.9所示； {tether〇x~*}[s]{z~>，如SEQ ID N0.10所不；{tether()C(T*}[s]{y~>，如SEQ ID NO.ll 所示；{tether()d(T*}[s]{y~>，如SEQ ID N0.12所示；{tether〇F~*}[s]{i~>，如SEQ ID NO. 13所示； 折紙基質(zhì)上DNA長鏈，如SEQ ID NO. 14所示，共包括7249個堿基； 折紙基質(zhì)上DNA短鏈，共包括226條，具體如下：





的異或門而言，當(dāng)兩輸入的邏輯值不同時，輸出的邏輯值為"1"，當(dāng)兩輸入的邏輯值相同時， 輸出的邏輯值為"〇"，例如:兩輸入的邏輯值為，XQ=0、X1=0，此時輸出的邏輯值為，y=〇; 采用雙軌邏輯來構(gòu)建異或門時，原輸入XQ由XQ*3和XQ1替代，原輸入XI由XI*3和XI 1替代，而 輸出值y1仍與原輸出值y相當(dāng)；對于雙軌邏輯而言，當(dāng)X，的邏輯值為"1"時，Xl的邏輯值為 "O'Xi 1的邏輯值為"1"時，Xl的邏輯值也為"1"；而當(dāng)?shù)倪壿嬛禐?〇"時，Xl的邏輯值為 "1"，x/的邏輯值為"0"時， Xl的邏輯值也為"0"。因而，當(dāng)且僅當(dāng)xo^Pn1的邏輯值相同時， 雙軌邏輯異或門的輸出y 1的邏輯值為"1"，這也意味著輸出y的邏輯值為"1"，反之，y1的邏輯 值為"0"，這也意味著y的邏輯值為"0" ； 為便于理解和描述，對應(yīng)于數(shù)字電子電路中的邏輯值，規(guī)定： 〈s &〇〉- xi，〈s bo〉- xo，〈s co〉- xi，〈s do〉- xo 〇 [0017]在該異或門反應(yīng)過程中，當(dāng)輸入1和輸入2均存在時(輸入li,、輸入2ZX01)，整個 反應(yīng)過程可分為3個部分： (1) 輸入DNA單鏈<s ao>首先與H(ao，y)發(fā)卡發(fā)生鏈置換反應(yīng)，使得H(ao，y)發(fā)卡被打開， 其上的小支點(diǎn)y被激活;接著，被打開的H(ao， y)發(fā)卡與燃料發(fā)卡F(y，x)發(fā)生鏈置換反應(yīng)，使 得F(y，x)發(fā)卡被打開，其上的小支點(diǎn)x被激活;最后，由于被打開的F(y，x)發(fā)卡距離閾值發(fā) 卡H(x，_)的距離相對其距離輸出發(fā)卡H(x，z)的距離更近，被打開的F(y，x)發(fā)卡與閾值發(fā)卡 H( x，_)發(fā)生鏈置換反應(yīng)，使得H( x，_)發(fā)卡被打開； (2) 輸入DNA單鏈<s bo>首先與H(bo，y)發(fā)卡發(fā)生鏈置換反應(yīng)，使得H(bo，y)發(fā)卡被打開， 其上的小支點(diǎn)y被激活;接著，被打開的H(bo， y)發(fā)卡與燃料發(fā)卡F(y，x)發(fā)生鏈置換反應(yīng)，使 得F(y，x)發(fā)卡被打開，其上的小支點(diǎn)x被激活;最后，由于與被打開的F(y，x)發(fā)卡距離更近 的閾值發(fā)卡H(x，_)已發(fā)生過鏈置換反應(yīng)，被打開的F(y，x)發(fā)卡只能與發(fā)卡H(x，z)發(fā)生鏈置 換反應(yīng)，使得H( x，z )發(fā)卡被打開，其上的小支點(diǎn)z被激活； (3) 被打開的H(x，z)發(fā)卡與燃料發(fā)卡F(z，F(xiàn))發(fā)生連置換反應(yīng)，使得燃料發(fā)卡F(z，F(xiàn))上 的小支點(diǎn)F被激活，進(jìn)而與輸出發(fā)卡H(F，i )發(fā)生鏈置換反應(yīng)，使得H(F，i )發(fā)卡被打開，其上 的小支點(diǎn)i被激活；當(dāng)H(F，i )發(fā)卡被打開后，其上的小支點(diǎn)i就可以與其他的DNA鏈繼續(xù)發(fā)生 反應(yīng)。
[0018]規(guī)定:H(F，i)發(fā)卡被打開表示DNA發(fā)卡異或門的輸出y1的邏輯值為"1"，那么y的邏 輯值為"1"。
[0019] 分析表明：當(dāng)輸入DNA單鏈<s ao>和DNA單鏈<s bo>或者DNA單鏈<s co>和DNA單鏈〈 s dQ>存在時，輸出H(F，i)發(fā)卡才能被打開，其上的小支點(diǎn)i才能被激活；當(dāng)輸入DNA單鏈〈S ao>和DNA單鏈<s bo>不同時存在，且DNA單鏈<s co>和DNA單鏈<s do>也不同時存在時，輸出 H(F，i)發(fā)卡不參與反應(yīng)。
[0020] 規(guī)定:輸入單鏈存在表示其相應(yīng)輸入邏輯值為"1"，反之為"0" ；輸出發(fā)卡被打開表 示相應(yīng)輸出邏輯值為"1"，反之為"〇"。那么，對于該DNA發(fā)卡異或門， 當(dāng)代表xoiPxi1的輸入單鏈<s bo>和<s co>存在，即兩輸入的邏輯值均為"1"時，對應(yīng)輸 出邏輯值為"〇" ；當(dāng)代表xo1和x,的輸入單鏈<s bo>和<s ao>存在，或者代表xt/3和x/的輸入 單鏈<s do>和<s co>存在，即兩輸入的邏輯值有且只有一個為"1"時，對應(yīng)輸出邏輯值為 "1" ；當(dāng)代表xo13和x/3的輸入單鏈<s do>和<s ao>存在，即兩輸入的邏輯值均為"0"時，對應(yīng)輸 出邏輯值為"〇"。
[0021 ] Visual DSD(DNA Strand Displacement)是一種專門針對DNA鏈置換反應(yīng)的仿真 軟件，支持DNA電路生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的程序編輯及快速建模，還可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的仿真測試， 能依據(jù)仿真結(jié)果完成對DNA電路正確性的評估以及對DNA鏈動力學(xué)特性的分析研究。該軟件 可自動給出不同DNA鏈間所有可能的反應(yīng)關(guān)系，省去了人工構(gòu)建反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的困難。使用者還 可以隨意選擇編譯進(jìn)程中不同難易程度的視圖等級，可在低層次的繁瑣視圖和高層次的簡 單視圖間進(jìn)行切換。隨后，仿真測試結(jié)果能夠可視化觀察和分析。
[0022] 對于該異或門而言，其輸入共有四種組合方式：（XQQ、X1Q)，（xo'x/)，（xo 1、。）， (xo1、x/ )，即對應(yīng)于數(shù)字電路中的"(00 )、（ 01)、（ 10)、（ 11)"四種組合，對這四種輸入組合方 式的Visual DSD仿真結(jié)果如圖4中（aMd)所示，分別對應(yīng)四個輸入(00)、（01)、（10)、（11)。
[0023] 在圖4中，橫軸代表反應(yīng)時間，縱軸代表反應(yīng)物濃度。每個仿真結(jié)果中，共有三條曲 線(其中兩條重合），分別代表兩輸入DNA鏈(模擬仿真時兩輸入DNA鏈設(shè)置濃度相同，因而重 合)和輸出DNA鏈。
[0024]規(guī)定：當(dāng)報告鏈（即輸入DNA鏈）的濃度在0-0.2之間時，其相應(yīng)的邏輯值為"0" ；當(dāng) 報告鏈的濃度在0.8-1之間時，其相應(yīng)的邏輯值為T。例如:在圖4(a)中，輸入1和輸入4代 表異或門初始輸入xo X1的邏輯值為' 00 '，輸出鏈的濃度在0.8-1之間，這意味著輸出y的邏 輯值為'〇'。異或門的其他三種仿真結(jié)果圖的分析方法與此相同，因此不再贅述。
[0025] 實(shí)施例2 如圖3所示，利用實(shí)施例1所述基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)異或門所構(gòu)建的求反電 路，屬于一種三位二進(jìn)制輸入求反電路，由兩個并列的異或門構(gòu)成； 在該電路中：輸入X3代表輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位，它只有"〇"和"1"兩種邏輯狀態(tài)，且 "〇"代表輸入二進(jìn)制數(shù)為正，"1"代表輸入二進(jìn)制數(shù)為負(fù);輸入X4和x5分別代表二進(jìn)制輸入數(shù) 值的高位和低位，也同樣只有"〇"和"1"兩種邏輯狀態(tài);輸出y#Py 2分別代表二進(jìn)制輸出數(shù)值 的高位和低位，也同樣只有"〇"和"1"兩種邏輯狀態(tài)； 該求反電路的真值表如下所示：
[0026]從該求反電路的真值表中可以看出，當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位X3的邏輯值為"0" 時，輸出二進(jìn)制數(shù)與輸入二進(jìn)制數(shù)相同；而當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位X3的邏輯值為"1"時， 輸出二進(jìn)制數(shù)的符號位y〇與輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位 X3相同，輸出二進(jìn)制數(shù)的高位7:和低位 y2與輸入二進(jìn)制數(shù)的高位X4和低位X5分別相反。
[0027]在該求反電路中，最初的X3由信號輸入l〈s ao>和輸入3〈s CQ>代替，X4由輸入2〈s bo>和輸入4〈s do>代替，x5由輸入5〈s eo>和輸入6〈s fo>代替。
[0028]為便于理解和描述，對應(yīng)于數(shù)字電子電路中的邏輯值，規(guī)定： 〈S &0〉- X3，〈S b〇〉- X4，〈S CO〉- X3，〈S d〇〉- X4，〈s eo〉- X5，〈S f〇〉- X5 〇
[0029] 對于該雙軌分子求反電路，輸入組合只可能為（1、2、5)、（1、2、6)、（1、4、5)、（1、4、 6)、（3、2、5)、（3、2、6)、（3、4、5)和(3、4、6)其中的一種。例如：當(dāng)雙軌分子求反電路輸入組合 為（1、2、5)時，它表示X3 X4 x5的邏輯值為"011"。規(guī)定：當(dāng)該分子電路的輸出發(fā)卡H(F，i )發(fā) 卡被打開表不輸出yi的邏輯值為"1"，反之為"〇" ；輸出發(fā)卡H(E，t)發(fā)卡被打開表不輸出y2的 邏輯值為"1"，反之為"0"。
[0030]對該求反電路的八種輸入組合方式的Visual DSD仿真結(jié)果如圖5和圖6所不，分別 對應(yīng)于數(shù)字電路中的 "(〇〇〇)、（001)、（010)、（011)、（100)、（101)、（110)、（111)、"八個輸入。 [0031]在圖5和圖6中，橫軸代表反應(yīng)時間，縱軸代表反應(yīng)物濃度。每個仿真結(jié)果中，共有 五條曲線，分別代表輸入DNA鏈和輸出DNA鏈。
[0032]規(guī)定：當(dāng)報告鏈（即輸入DNA鏈）的濃度在0-0.2之間時，其相應(yīng)的邏輯值為"0" ；當(dāng) 報告鏈的濃度在〇. 8-1之間時，其相應(yīng)的邏輯值為" 1"。例如:在圖5 (d)中，三條輸入曲線代 表求反電路初始輸入XQ XI X2的邏輯值為'011'。隨著反應(yīng)時間的增加，X41和X51曲線代表的 DNA鏈濃度逐漸下降至0,同時，niPys1橙色和紫色曲線以不同的速率常數(shù)逐漸上升至其代 表的DNA鏈濃度范圍穩(wěn)定在0.8-1之間，這意味著輸出 71和72的邏輯值為'1'。仿真圖5(d)表 明，該局域性求反電路的輸入為'011'時，輸出結(jié)果為'011'。三位二進(jìn)制求反電路的其他七 種仿真結(jié)果圖的分析方法與此相同，因此不再贅述。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門，其特征在于，該異或門采用雙軌邏輯 構(gòu)建而成，包括單鏈DNA輸入、燃料發(fā)卡和固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡； 所述單鏈DNA輸入有四種:<s ao>、〈s bo>、〈s co>、〈s do>; 所述DNA燃料發(fā)卡有兩種:<y~*>[s*] {x~>、〈z~*>[s*] {F~>; 所述固定于折紙基質(zhì)上的DNA發(fā)卡有七種：{tetherO atT*}[s]{y~>、{tether〇 x~*} [s]{blank~>、{tether〇 b(T*}[s]{y~>、{tethe;r() x~*}[s]{z~>、{tether〇 ctT*}[s]{y~ >、{tetherO dtT*} [s] {y~>、{tetherO F~*} [s] {i~>，其中tetherO表示發(fā)卡被束縛； 所述折紙基質(zhì)，具體為利用DNA短鏈與長鏈的特異性結(jié)合自組裝而成的單層DNA; 所述單鏈DNA輸入和燃料發(fā)卡在空間上均是自由擴(kuò)散的，而固定在折紙基質(zhì)上的DNA發(fā) 卡在空間上則是被束縛的，只能與相鄰的DNA鏈反應(yīng)。2. 如權(quán)利要求1所述基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)的異或門，其特征在于，具體DNA鏈 如下所述： 單鏈DNA輸入：折紙基質(zhì)上DNA長鏈，共包括7249個堿基，如SEQ ID NO. 14所示。3. 利用權(quán)利要求1或2所述基于局域性DNA發(fā)卡鏈置換反應(yīng)異或門所構(gòu)建的求反電路， 其特征在于，該求反電路屬于一種三位二進(jìn)制輸入求反電路，由兩個并列的異或門構(gòu)成； 在該電路中，設(shè)定如下： 輸入X3代表輸入二進(jìn)制數(shù)的符號位，它只有"〇"和"Γ兩種邏輯狀態(tài)，且"〇"代表輸入二 進(jìn)制數(shù)為正，"Γ代表輸入二進(jìn)制數(shù)為負(fù)； 輸入X4和X5分別代表二進(jìn)制輸入數(shù)值的高位和低位，也同樣只有"0"和"Γ兩種邏輯狀 態(tài)； 輸出y#Py2分別代表二進(jìn)制輸出數(shù)值的高位和低位，也同樣只有"〇"和T兩種邏輯狀 態(tài)； 該求反電路的真值表如下所示：
【文檔編號】G06F17/50GK105930586SQ201610250382
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】王延峰, 劉海燕, 黃春, 張勛才, 孫軍偉, 王子成, 姜素霞, 殷婧, 崔光照, 張雯雯
【申請人】鄭州輕工業(yè)學(xué)院