基于变构设计的可编程分子逻辑计算电路研究

摘要

计算机技术发展面临硅基芯片物理极限与冯·诺依曼架构能效瓶颈的双重挑战，推动计算范式向生物分子计算等新兴领域延伸。脱氧核酶(DNAzyme)作为生物计算的重要工具，其应用目前局限于单层逻辑运算。文章提出模块化分子电路设计策略，在DNAzyme动态催化机制基础上引入变构调节链，构建了可编程的加权求和门、阈值门和减法门等逻辑门，并通过级联实现了分子神经元和分子分类器。该研究通过NUPACK仿真和生化实验验证表明，所设计的逻辑门能稳定实现特定运算；进一步通过Visual DSD仿真和实验证实了分子神经元和分类器的功能。该研究为发展复杂生物计算系统提供了新的技术路径。

关键词

DNA计算 / DNAzyme / DNA链置换 / 逻辑门 / 神经元