CN105930586A - 基于局域性dna发卡链置换反应的异或门及求反电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于基于分子电路设计技术领域，具体涉及一种基于DNA链自组装原理的基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门及利用该异或门所构建的求反电路。该异或门采用双轨逻辑构建而成，包括单链DNA输入、燃料发卡和固定于折纸基质上的DNA发卡；该求反电路属于一种三位二进制输入求反电路，由两个并列的异或门构成。所提供的异或门，错误的链置换反应发生的概率较低，同时DNA链置换反应的效率得以提高。所提供的求反电路中，可实现并行计算，互不干扰；对该求反电路的Visual DSD的仿真结果表明，该求反电路构建合理，同时该求反电路具有良好的性能，在构建大型复杂分子系统中具有构建速度快、精确度高和拓展性强等优势。

Description

基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门及求反电路

技术领域

本发明属于基于分子电路设计技术领域，具体涉及一种基于DNA链自组装原理的基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门及利用该异或门所构建的求反电路。

背景技术

作为自然计算的一个分支，生物计算中基于生物材料已构建出大量多功能性分子计算设备。基于DNA的自发性配对组装、可自动进行链置换等自然特征，它是一种进行分子计算的理想材料，可为更多DNA分子电路的构建提供巨大潜力。然而，由于全局性DNA链置换反应中分子扩散速度慢以及错误的分子碰撞问题，越来越多的研究者开始着眼于局域性分子链置换在分子电路构建中的应用。

局域性DNA分子电路的构建原理为：部分DNA分子被束缚在一种DNA衬底上，并且它们只能与足够接近的其他DNA分子发生反应，这样就可有效避免全局性DNA链置换反应中分子扩散速度慢以及错误的分子碰撞问题。

在过去的几年里，研究者们对局域性DNA分子电路进行了大量设计和构建工作，并取得了一定的成果，例如：2011年， Chandran基于局域性DNA链置换反应提出了与门、或门以及与或门等分子逻辑门的详细设计方法，并在此基础上构建立了局域性四输入求平方根电路；2014年，钱璐璐和Winfree基于一种新型链置换反应在DNA折纸构建的底板上模拟化学反应网络，在此基础上提出了空间逻辑算法电路的构建方法，并以四输入开平方电路为例进行了详细阐述。由于DNA分子电路设计的复杂性和其未来应用前景的重要性，基于已有的DNA分子电路设计原理设计新的DNA分子电路仍然具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于DNA链自组装原理的基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门及利用该异或门所构建的求反电路，从而丰富现有的DNA分子电路。

本发明所采取的详细技术方案如下所述。

一种基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门，采用双轨逻辑构建而成，包括单链DNA输入、燃料发卡和固定于折纸基质上的DNA发卡；

所述单链DNA输入有四种：<s a₀>、<s b₀>、<s c₀>、<s d₀>；

所述DNA燃料发卡有两种：<y^*>[s*]{x^>、<z^*>[s*]{F^>；

所述固定于折纸基质上的DNA发卡有七种：{tether() a₀^*}[s]{y^>、{tether() x^*}[s]{blank^>、{tether() b₀^*}[s]{y^>、{tether() x^*}[s]{z^>、{tether() c₀^*}[s]{y^>、{tether() d₀^*}[s]{y^>、{tether() F^*}[s]{i^>，其中tether()表示发卡被束缚；

所述折纸基质，具体例如为：利用DNA短链与长链的特异性结合自组装而成的50×100nm尺寸左右的成矩形的单层DNA；

所述单链DNA输入和燃料发卡在空间上均是自由扩散的，而固定在折纸基质上的DNA发卡在空间上则是被束缚的，只能与相邻的DNA链（即单链DNA）反应。

在数字电路中，逻辑运算只采用两种状态，即“0”和“1”；对于数字电路的异或门而言，当两输入的逻辑值不同时，输出的逻辑值为“1”，当两输入的逻辑值相同时，输出的逻辑值为“0”，例如：两输入的逻辑值为x₀=0、x₁=0，此时输出的逻辑值为，y=0；采用双轨逻辑来构建异或门时，原输入x₀由x₀ ⁰和x₀ ¹替代，原输入x₁由x₁ ⁰和x₁ ¹替代，而输出值y¹仍与原输出值y相当；对于双轨逻辑而言，当x_i ⁰的逻辑值为“1”时，x_i的逻辑值为“0”，x_i ¹的逻辑值为“1”时，x_i的逻辑值也为“1”；而当x_i ⁰的逻辑值为“0”时，x_i的逻辑值为“1”， x_i ¹的逻辑值为“0”时，x_i的逻辑值也为“0”；因而，当且仅当x₀ ⁰和x₁ ¹的逻辑值相同时，双轨逻辑异或门的输出y¹的逻辑值为“1”，这也意味着输出y的逻辑值为“1”，反之，y¹的逻辑值为“0”，这也意味着y的逻辑值为“0”；

为便于理解和描述，对应于数字电子电路中的逻辑值，规定：

<s a₀>= x₁ ⁰，<s b₀>= x₀ ¹，<s c₀>= x₁ ¹，<s d₀>= x₀ ⁰。

利用所述基于局域性DNA发卡链置换反应异或门所构建的求反电路，属于一种三位二进制输入求反电路，由两个并列的异或门构成；在该电路中：

输入x₃代表输入二进制数的符号位，它只有“0”和“1”两种逻辑状态，且“0”代表输入二进制数为正，“1”代表输入二进制数为负；输入x₄和x₅分别代表二进制输入数值的高位和低位，也同样只有“0”和“1”两种逻辑状态；输出y₁和y₂分别代表二进制输出数值的高位和低位，也同样只有“0”和“1”两种逻辑状态；

该求反电路的真值表如下所示：

。

从该求反电路的真值表中可以看出，当输入二进制数的符号位x₃的逻辑值为“0”时，输出二进制数与输入二进制数相同；而当输入二进制数的符号位x₃的逻辑值为“1”时，输出二进制数的符号位y₀与输入二进制数的符号位x₃相同，输出二进制数的高位y₁和低位y₂与输入二进制数的高位x₄和低位x₅分别相反。

本发明基于DNA自组装和DNA链置换的技术原理，采用双轨逻辑提供了一种基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门，在该异或门中，由于DNA组件在DNA折纸中是被精确束缚、固定在特定位置的，因而使得错误的链置换反应发生的概率降低，从而提高了DNA链置换反应的精确度；同时，由于临近的DNA组件在DNA折纸基质中具有较高浓度，因而可使得DNA链置换反应速度加快，提高DNA链置换反应的效率。利用该基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门所构建的局域性DNA求反电路，由于包含两个并列的异或门，因而可实现并行计算，互不干扰；对该求反电路的Visual DSD的仿真结果表明，该求反电路构建合理，同时该求反电路具有良好的性能，在构建大型复杂分子系统中具有构建速度快、精确度高和拓展性强等优势；同时，由于该求反电路中的部分DNA组件在空间上是相互隔离的，因而使得DNA序列在一定程度上可以重复利用，从而为大型复杂分子系统的构建提供便利。

附图说明

图1为现有技术的数字电路中的异或门及基于双轨逻辑的异或门；其中（a）为数字电路中的异或门及其对应的真值表，（b）为由基本逻辑门所构建的异或门，（c）为基于双轨逻辑所构建的异或门；

图2为基于局域性DNA发卡链置换反应设计的异或门示意图；

图3为基于局域性DNA发卡链置换反应异或门所构建的求反电路，其中（a）为求反电路及其对应的真值表，（b）为设计的求反电路示意图；

图4为对所构建的异或门的仿真模拟结果；

图5为对所构建的求反电路输入为000-011时的仿真模拟结果；

图6为对所构建的求反电路输入为100-111时的仿真模拟结果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的解释说明。

实施例1

如图2所示，本发明所提供的基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门，采用双轨逻辑构建而成，包括单链DNA输入、燃料发卡和固定于折纸基质的DNA发卡；

所述单链DNA输入有四个：<s a₀>、<s b₀>、<s c₀>、<s d₀>；

所述DNA燃料发卡有两种：<y^*>[s*]{x^>（即图中F（y，x））、<z^*>[s*]{F^>（即图中F（z，F）；

所述固定于折纸基质上的DNA发卡有七种：{tether() a₀^*}[s]{y^>（即图中H（a₀，y）、{tether() x^*}[s]{blank^>（即图中H（x，-）、{tether() b₀^*}[s]{y^>（即图中H（b₀，y）、{tether() x^*}[s]{z^>（即图中H（x，z）、{tether() c₀^*}[s]{y^>（即图中H（c₀，y）、{tether() d₀^*}[s]{y^>（即图中H（d₀，y）、{tether() F^*}[s]{i^>（即图中H（F，i），其中tether()表示发卡被束缚；

所述折纸基质，具体为：利用DNA短链与长链的特异性结合自组装而成的50×100nm尺寸左右的成矩形的单层DNA；

所述单链DNA输入和燃料发卡在空间上均是自由扩散的，而固定在折纸基质上的DNA发卡在空间上则是被束缚的，只能与相邻的DNA链（即单链DNA）反应。

需要解释的是，上述异或门中所涉及的DNA链并非唯一的，但作为研究基础，本发明中所采用的具体的相关DNA链序列如下：

单链DNA输入：

<s a₀>，如SEQ ID NO.1所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACATCG，

<s b₀>，如SEQ ID NO.2所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAATAGCCA，

<s c₀>，如SEQ ID NO.3所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACCTACG，

<s d₀>，如SEQ ID NO.4所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACACACA；

DNA燃料发卡：<y^*>[s*]{x^> ，如SEQ ID NO.5所示，<z^*>[s*]{F^> ，如SEQ ID NO.6所示，

固定于折纸基质上的DNA发卡：{tether()a₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.7所示；{tether()x^*}[s]{blank^> ，如SEQ ID NO.8所示；{tether()b₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.9所示；{tether()x^*}[s]{z^>，如SEQ ID NO.10所示；{tether()c₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.11所示；{tether()d₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.12所示；{tether()F^*}[s]{i^> ，如SEQ IDNO.13所示；

折纸基质上DNA长链，如SEQ ID NO.14所示，共包括7249个碱基；

折纸基质上DNA短链，共包括226条，具体如下：

1、CAAGCCCAATAGGAACCCATGTACCGTAACAC，

2、TCTTACCAGCCAGTTACAAAATAAATGAAATA，

3、CCTAATTTACGCTAACGAGCGTCTATATCGCG，

4、CTAATTTATCTTTCCTTATCATTCATCCTGAA，

5、ATCGGCTGCGAGCATGTAGAAACCAGCTATAT，

6、AATTACTACAAATTCTTACCAGTAATCCCATC，

7、GCGTTATAGAAAAAGCCTGTTTAGAAGGCCGG，

8、TAGAATCCCTGAGAAGAGTCAATAGGAATCAT，

9、TTAAGACGTTGAAAACATAGCGATTTAAATCA，

10、TTTAACGTTCGGGAGAAACAATAATTTTCCCT，

11、CTTTTACACAGATGAATATACAGTAAGCGCCA，

12、GGATTTAGCGTATTAAATCCTTTGTTTTCAGG，

13、CGACAACTAAGTATTAGACTTTACAGCCGGAA，

14、TAGCCCTACCAGCAGAAGATAAAAACATTTGA，

15、ACGAACCAAAACATCGCCATTAAATGGTGGTT，

16、CGGCCTTGCTGGTAATATCCAGAACGAACTGA，

17、TGCCTTGACTGCCTATTTCGGAACAGGGATAG，

18、AATGCCCCGTAACAGTGCCCGTATGTGAATTT，

19、AACCAGAGACCCTCAGAACCGCCAGGGGTCAG，

20、GAGCCGCCCCACCACCGGAACCGCCTAAAACA，

21、ATTGAGGGTAAAGGTGAATTATCAATCACCGG，

22、TTATTCATAGGGAAGGTAAATATTCATTCAGT，

23、GCAATAGCGCAGATAGCCGAACAATTCAACCG，

24、AAAAGTAATATCTTACCGAAGCCCAACACTAT，

25、CTCAGAGCCACCACCCTCATTTTCCTATTATT，

26、TATTTTGCTCCCAATCCAAATAAGTGAGTTAA，

27、ATTATTTAACCCAGCTACAATTTTCAAGAACG，

28、TAAGTCCTACCAAGTACCGCACTCTTAGTTGC，

29、GGTATTAAGAACAAGAAAAATAATTAAAGCCA，

30、AGGCGTTACAGTAGGGCTTAATTGACAATAGA，

31、ACGCTCAAAATAAGAATAAACACCGTGAATTT，

32、CTGTAAATCATAGGTCTGAGAGACGATAAATA，

33、ATCAAAATCGTCGCTATTAATTAACGGATTCG，

34、ACAGAAATCTTTGAATACCAAGTTCCTTGCTT，

35、CCTGATTGAAAGAAATTGCGTAGACCCGAACG，

36、AGATTAGATTTAAAAGTTTGAGTACACGTAAA，

37、TTATTAATGCCGTCAATAGATAATCAGAGGTG，

38、GAATGGCTAGTATTAACACCGCCTCAACTAAT，

39、AGGCGGTCATTAGTCTTTAATGCGCAATATTA，

40、CCGCCAGCCATTGCAACAGGAAAAATATTTTT，

41、AGTGTACTTGAAAGTATTAAGAGGCCGCCACC，

42、CTGAAACAGGTAATAAGTTTTAACCCCTCAGA，

43、GTTTGCCACCTCAGAGCCGCCACCGATACAGG，

44、GCCACCACTCTTTTCATAATCAAACCGTCACC，

45、AGCGCCAACCATTTGGGAATTAGATTATTAGC，

46、GACTTGAGAGACAAAAGGGCGACAAGTTACCA，

47、GCCCAATACCGAGGAAACGCAATAGGTTTACC，

48、GAAGGAAAATAAGAGCAAGAAACAACAGCCAT，

49、CCCTCAGAACCGCCACCCTCAGAACTGAGACT，

50、AGGTTTTGAACGTCAAAAATGAAAGCGCTAAT，

51、TTTTGTTTAAGCCTTAAATCAAGAATCGAGAA，

52、AATGCAGACCGTTTTTATTTTCATCTTGCGGG，

53、CAAGCAAGACGCGCCTGTTTATCAAGAATCGC，

54、AATGGTTTACAACGCCAACATGTAGTTCAGCT，

55、CATATTTAGAAATACCGACCGTGTTACCTTTT，

56、AAATCAATGGCTTAGGTTGGGTTACTAAATTT，

57、TAACCTCCATATGTGAGTGAATAAACAAAATC，

58、AACCTACCGCGAATTATTCATTTCCAGTACAT，

59、GCGCAGAGATATCAAAATTATTTGACATTATC，

60、CTAAAATAGAACAAAGAAACCACCAGGGTTAG，

61、ATTTTGCGTCTTTAGGAGCACTAAGCAACAGT，

62、GCGTAAGAGAGAGCCAGCAGCAAAAAGGTTAT，

63、GCCACGCTATACGTGGCACAGACAACGCTCAT，

64、GGAAATACCTACATTTTGACGCTCACCTGAAA，

65、TAAGCGTCGAAGGATTAGGATTAGTACCGCCA，

66、CCTCAAGAATACATGGCTTTTGATAGAACCAC，

67、TCGGCATTCCGCCGCCAGCATTGACGTTCCAG，

68、CACCAGAGTTCGGTCATAGCCCCCGCCAGCAA，

69、TCACAATCGTAGCACCATTACCATCGTTTTCA，

70、AATCACCAAATAGAAAATTCATATATAACGGA，

71、ATCAGAGAAAGAACTGGCATGATTTTATTTTG，

72、ATACCCAAGATAACCCACAAGAATAAACGATT，

73、TATCACCGTACTCAGGAGGTTTAGCGGGGTTT，

74、GAGGCGTTAGAGAATAACATAAAAGAACACCC，

75、CTTTACAGTTAGCGAACCTCCCGACGTAGGAA，

76、CCAGACGAGCGCCCAATAGCAAGCAAGAACGC，

77、TCATTACCCGACAATAAACAACATATTTAGGC，

78、TTTTAGTTTTTCGAGCCAGTAATAAATTCTGT，

79、AGAGGCATAATTTCATCTTCTGACTATAACTA，

80、TTGAATTATGCTGATGCAAATCCACAAATATA，

81、TATGTAAACCTTTTTTAATGGAAAAATTACCT，

82、TGGATTATGAAGATGATGAAACAAAATTTCAT，

83、GAGCAAAAACTTCTGAATAATGGAAGAAGGAG，

84、ATCAACAGTCATCATATTCCTGATTGATTGTT，

85、CGGAATTATTGAAAGGAATTGAGGTGAAAAAT，

86、GCCAACAGTCACCTTGCTGAACCTGTTGGCAA，

87、CTAAAGCAAGATAGAACCCTTCTGAATCGTCT，

88、GAAATGGATTATTTACATTGGCAGACATTCTG，

89、GGAAAGCGACCAGGCGGATAAGTGAATAGGTG，

90、TGCTCAGTCAGTCTCTGAATTTACCAGGAGGT，

91、TGCCTTTAGTCAGACGATTGGCCTGCCAGAAT，

92、TGAGGCAGGCGTCAGACTGTAGCGTAGCAAGG，

93、ACGCAAAGGTCACCAATGAAACCAATCAAGTT，

94、CCGGAAACACACCACGGAATAAGTAAGACTCC，

95、TGAACAAACAGTATGTTAGCAAACTAAAAGAA，

96、TTATTACGGTCAGAGGGTAATTGAATAGCAGC，

97、TATAAGTATAGCCCGGCCGTCGAG，

98、GCGCATTAGCTTATCCGGTATTCTAAATCAGA，

99、TATAGAAGCGACAAAAGGTAAAGTAGAGAATA，

100、TAAAGTACCGCGAGAAAACTTTTTATCGCAAG，

101、ACAAAGAAATTAATTACATTTAACACATCAAG，

102、AAAACAAATTCATCAATATAATCCTATCAGAT，

103、GATGGCAAAATCAATATCTGGTCACAAATATC，

104、AAACCCTCACCAGTAATAAAAGGGATTCACCAGTCACACG，

105、AGGGTTGAATAAATCCTCATTAAATGATATTC，

106、ACAAACAAAATCAGTAGCGACAGATCGATAGC，

107、AGCACCGTTAAAGGTGGCAACATAGTAGAAAA，

108、TACATACAGACGGGAGAATTAACTACAGGGAA，

109、TGAGTTTCGTCACCAGTACAAACTTAATTGTA，

110、TTTTAATTGCCCGAAAGACTTCAATTCCAGAG，

111、AAGAGGAACGAGCTTCAAAGCGAAGATACATT，

112、TTTCATTTGGTCAATAACCTGTTTAATCAATA，

113、TCGCAAATGGGGCGCGAGCTGAAATAATGTGT，

114、AGACAGTCATTCAAAAGGGTGAGATATCATAT，

115、AGGTAAAGAAATCACCATCAATATAATATTTT，

116、GCTCATTTTCGCATTAAATTTTTGAGCTTAGA，

117、GTTAAAATTTTAACCAATAGGAACCCGGCACC，

118、TTCGCCATTGCCGGAAACCAGGCAAACAGTAC，

119、GCTTCTGGTCAGGCTGCGCAACTGTGTTATCC，

120、GCATAAAGTTCCACACAACATACGAAACAATT，

121、GCTCACAATGTAAAGCCTGGGGTGGGTTTGCC，

122、CCGAAATCCGAAAATCCTGTTTGAAATACCGA，

123、CCAGCAGGGGCAAAATCCCTTATAAAGCCGGC，

124、GAACGTGGCGAGAAAGGAAGGGAACAAACTAT，

125、CTTAAACATCAGCTTGCTTTCGAGAAACAGTT，

126、TCGGTTTAGCTTGATACCGATAGTCCAACCTA，

127、CTCATCTTGAGGCAAAAGAATACACTCCCTCA，

128、AAACGAAATGACCCCCAGCGATTATTCATTAC，

129、GAATAAGGACGTAACAAAGCTGCTGACGGAAA，

130、CCAAATCACTTGCCCTGACGAGAACGCCAAAA，

131、CATAACCCGAGGCATAGTAAGAGCTTTTTAAG，

132、GGAATTACTCGTTTACCAGACGACAAAAGATT，

133、TGTAGCATTCCACAGACAGCCCTCATCTCCAA，

134、GAAGCAAAAAAGCGGATTGCATCAGATAAAAA，

135、TCAGAAGCCTCCAACAGGTCAGGATCTGCGAA，

136、TCAATTCTTTTAGTTTGACCATTACCAGACCG，

137、CGAGTAGAACTAATAGTAGTAGCAAACCCTCA，

138、ACCGTTCTAAATGCAATGCCTGAGAGGTGGCA，

139、TATATTTTAGCTGATAAATTAATGTTGTATAA，

140、AAATAATTTTAAATTGTAAACGTTGATATTCA，

141、GCAAATATCGCGTCTGGCCTTCCTGGCCTCAG，

142、GGCGATCGCACTCCAGCCAGCTTTGCCATCAA，

143、GAAGATCGGTGCGGGCCTCTTCGCAATCATGG，

144、GTGAGCTAGTTTCCTGTGTGAAATTTGGGAAG，

145、TCATAGCTACTCACATTAATTGCGCCCTGAGA，

146、GAATAGCCGCAAGCGGTCCACGCTCCTAATGA，

147、GAGTTGCACGAGATAGGGTTGAGTAAGGGAGC，

148、CCCCGATTTAGAGCTTGACGGGGAAATCAAAA，

149、CAATGACACTCCAAAAGGAGCCTTACAACGCC，

150、AAAAAAGGACAACCATCGCCCACGCGGGTAAA，

151、GCGAAACATGCCACTACGAAGGCATGCGCCGA，

152、ATACGTAAAAGTACAACGGAGATTTCATCAAG，

153、ACGAGTAGTGACAAGAACCGGATATACCAAGC，

154、AGTAATCTTAAATTGGGCTTGAGAGAATACCA，

155、CCAAAATATAATGCAGATACATAAACACCAGA，

156、CATTCAACGCGAGAGGCTTTTGCATATTATAG，

157、CGTAACGATCTAAAGTTTTGTCGTGAATTGCG，

158、TACCTTTAAGGTCTTTACCCTGACAAAGAAGT，

159、CAAAAATCATTGCTCCTTTTGATAAGTTTCAT，

160、CAATAAATACAGTTGATTCCCAATTTAGAGAG，

161、TCCATATACATACAGGCAAGGCAACTTTATTT，

162、GGTAGCTAGGATAAAAATTTTTAGTTAACATC，

163、CAACGCAATTTTTGAGAGATCTACTGATAATC，

164、CTTTCATCCCCAAAAACAGGAAGACCGGAGAG，

165、AGAAAAGCAACATTAAATGTGAGCATCTGCCA，

166、CAGCTGGCGGACGACGACAGTATCGTAGCCAG，

167、GTTTGAGGGAAAGGGGGATGTGCTAGAGGATC，

168、ACTGCCCGCCGAGCTCGAATTCGTTATTACGC，

169、CCCGGGTACTTTCCAGTCGGGAAACGGGCAAC，

170、AGTTTGGAGCCCTTCACCGCCTGGTTGCGCTC，

171、AGCTGATTACAAGAGTCCACTATTGAGGTGCC，

172、GTAAAGCACTAAATCGGAACCCTAGTTGTTCC，

173、ATATATTCTTTTTTCACGTTGAAAATAGTTAG，

174、AATAATAAGGTCGCTGAGGCTTGCAAAGACTT，

175、CGCCTGATGGAAGTTTCCATTAAACATAACCG，

176、TTTCATGAAAATTGTGTCGAAATCTGTACAGA，

177、TTTCAACTATAGGCTGGCTGACCTTGTATCAT，

178、CCAGGCGCTTAATCATTGTGAATTACAGGTAG，

179、TTTGCCAGATCAGTTGAGATTTAGTGGTTTAA，

180、AAAGATTCAGGGGGTAATAGTAAACCATAAAT，

181、ACGTTAGTAAATGAATTTTCTGTAAGCGGAGT，

182、TTTTTGCGCAGAAAACGAGAATGAATGTTTAG，

183、AAACAGTTGATGGCTTAGAGCTTATTTAAATA，

184、CAAAATTAAAGTACGGTGTCTGGAAGAGGTCA，

185、TGCAACTAAGCAATAAAGCCTCAGTTATGACC，

186、TCAGGTCACTTTTGCGGGAGAAGCAGAATTAG，

187、CTGTAATATTGCCTGAGAGTCTGGAAAACTAG，

188、ACCCGTCGTCATATGTACCCCGGTAAAGGCTA，

189、CATGTCAAGATTCTCCGTGGGAACCGTTGGTG，

190、ATTAAGTTCGCATCGTAACCGTGCGAGTAACA，

191、TAGATGGGGGGTAACGCCAGGGTTGTGCCAAG，

192、GCCAGCTGCCTGCAGGTCGACTCTGCAAGGCG，

193、CTTGCATGCATTAATGAATCGGCCCGCCAGGG，

194、TGGACTCCCTTTTCACCAGTGAGACCTGTCGT，

195、TGGTTTTTAACGTCAAAGGGCGAAGAACCATC，

196、ACCCAAATCAAGTTTTTTGGGGTCAAAGAACG，

197、AAAGGCCGAAAGGAACAACTAAAGCTTTCCAG，

198、GAGAATAGCTTTTGCGGGATCGTCGGGTAGCA，

199、GCTCCATGAGAGGCTTTGAGGACTAGGGAGTT，

200、ACGGCTACTTACTTAGCCGGAACGCTGACCAA，

201、CGATTTTAGAGGACAGATGAACGGCGCGACCT，

202、CTTTGAAAAGAACTGGCTCATTATTTAATAAA，

203、ACTGGATAACGGAACAACATTATTACCTTATG，

204、ACGAACTAGCGTCCAATACTGCGGAATGCTTT，

205、ATATAATGCATTGAATCCCCCTCAAATCGTCA，

206、GCTAAATCCTGTAGCTCAACATGTATTGCTGA，

207、AGAGAATCGGTTGTACCAAAAACAAGCATAAA，

208、GATTGACCGATGAACGGTAATCGTAGCAAACA，

209、CACGACGTGTAATGGGATAGGTCAAAACGGCG，

210、GGGAGAGGTGTAAAACGACGGCCATTCCCAGT，

211、TATCAGGGCGGTTTGCGTATTGGGAACGCGCG，

212、CGATGGCCCACTACGTAAACCGTC，

213、CAGCGAAAAACTTTCAACAGTTTCTGGGATTTTGCTAAAC，

214、ACGGTCAAGACAGCATCGGAACGAACCCTCAG，

215、GGACGTTGTCATAAGGGAACCGAAAGGCGCAG，

216、TAAATATTGGAAGAAAAATCTACGACCAGTCA，

217、AACATCACTTGCCTGAGTAGAAGAACT，

218、TGTAGCAATACTTCTTTGATTAGTAAT，

219、AGTCTGTCCATCACGCAAATTAACCGT，

220、ATAATCAGTGAGGCCACCGAGTAAAAG，

221、ACGCCAGAATCCTGAGAAGTGTTTTT，

222、TTAAAGGGATTTTAGACAGGAACGGT，

223、AGAGCGGGAGCTAAACAGGAGGCCGA，

224、TATAACGTGCTTTCCTCGTTAGAATC，

225、GTACTATGGTTGCTTTGACGAGCACG，

226、GCGCTTAATGCGCCGCTACAGGGCGC。

如图1所示，在数字电路中，逻辑运算只采用两种状态，即“0”和“1”；对于数字电路的异或门而言，当两输入的逻辑值不同时，输出的逻辑值为“1”，当两输入的逻辑值相同时，输出的逻辑值为“0”，例如：两输入的逻辑值为，x₀=0、x₁=0，此时输出的逻辑值为，y=0；

采用双轨逻辑来构建异或门时，原输入x₀由x₀ ⁰和x₀ ¹替代，原输入x₁由x₁ ⁰和x₁ ¹替代，而输出值y¹仍与原输出值y相当；对于双轨逻辑而言，当x_i ⁰的逻辑值为“1”时，x_i的逻辑值为“0”，x_i ¹的逻辑值为“1”时，x_i的逻辑值也为“1”；而当x_i ⁰的逻辑值为“0”时，x_i的逻辑值为“1”， x_i ¹的逻辑值为“0”时，x_i的逻辑值也为“0”。因而，当且仅当x₀ ⁰和x₁ ¹的逻辑值相同时，双轨逻辑异或门的输出y¹的逻辑值为“1”，这也意味着输出y的逻辑值为“1”，反之，y¹的逻辑值为“0”，这也意味着y的逻辑值为“0”；

为便于理解和描述，对应于数字电子电路中的逻辑值，规定：

<s a₀>= x₁ ⁰，<s b₀>= x₀ ¹，<s c₀>= x₁ ¹，<s d₀>= x₀ ⁰。

在该异或门反应过程中，当输入1和输入2均存在时（输入1=x₁ ⁰、输入2=x₀ ¹），整个反应过程可分为3个部分：

（1）输入DNA单链<s a₀>首先与H（a₀，y）发卡发生链置换反应，使得H（a₀，y）发卡被打开，其上的小支点y被激活；接着，被打开的H（a₀，y）发卡与燃料发卡F（y，x）发生链置换反应，使得F（y，x）发卡被打开，其上的小支点x被激活；最后，由于被打开的F（y，x）发卡距离阈值发卡H（x，-）的距离相对其距离输出发卡H（x，z）的距离更近，被打开的F（y，x）发卡与阈值发卡H（x，-）发生链置换反应，使得H（x，-）发卡被打开；

（2）输入DNA单链<s b₀>首先与H（b₀，y）发卡发生链置换反应，使得H（b₀，y）发卡被打开，其上的小支点y被激活；接着，被打开的H（b₀，y）发卡与燃料发卡F（y，x）发生链置换反应，使得F（y，x）发卡被打开，其上的小支点x被激活；最后，由于与被打开的F（y，x）发卡距离更近的阈值发卡H（x，-）已发生过链置换反应，被打开的F（y，x）发卡只能与发卡H（x，z）发生链置换反应，使得H（x，z）发卡被打开，其上的小支点z被激活；

（3）被打开的H（x，z）发卡与燃料发卡F（z，F）发生连置换反应，使得燃料发卡F（z，F）上的小支点F被激活，进而与输出发卡H（F，i）发生链置换反应，使得H（F，i）发卡被打开，其上的小支点i被激活；当H（F，i）发卡被打开后，其上的小支点i就可以与其他的DNA链继续发生反应。

规定：H（F，i）发卡被打开表示DNA发卡异或门的输出y¹的逻辑值为“1”，那么y的逻辑值为“1”。

分析表明：当输入DNA单链<s a₀>和DNA单链<s b₀>或者DNA单链<s c₀>和DNA单链<s d₀>存在时，输出H（F，i）发卡才能被打开，其上的小支点i才能被激活；当输入DNA单链<sa₀>和DNA单链<s b₀>不同时存在，且DNA单链<s c₀>和DNA单链<s d₀>也不同时存在时，输出H（F，i）发卡不参与反应。

规定：输入单链存在表示其相应输入逻辑值为“1”，反之为“0”；输出发卡被打开表示相应输出逻辑值为“1”，反之为“0”。那么，对于该DNA发卡异或门，

当代表x₀ ¹和x₁ ¹的输入单链<s b₀>和<s c₀>存在，即两输入的逻辑值均为“1”时，对应输出逻辑值为“0”；当代表x₀ ¹和x₁ ⁰的输入单链<s b₀>和<s a₀>存在，或者代表x₀ ⁰和x₁ ¹的输入单链<s d₀>和<s c₀>存在，即两输入的逻辑值有且只有一个为“1”时，对应输出逻辑值为“1”；当代表x₀ ⁰和x₁ ⁰的输入单链<s d₀>和<s a₀>存在，即两输入的逻辑值均为“0”时，对应输出逻辑值为“0”。

Visual DSD(DNA Strand Displacement)是一种专门针对DNA链置换反应的仿真软件，支持DNA电路生化反应网络的程序编辑及快速建模，还可实现反应过程的仿真测试，能依据仿真结果完成对DNA电路正确性的评估以及对DNA链动力学特性的分析研究。该软件可自动给出不同DNA链间所有可能的反应关系，省去了人工构建反应网络的困难。使用者还可以随意选择编译进程中不同难易程度的视图等级，可在低层次的繁琐视图和高层次的简单视图间进行切换。随后，仿真测试结果能够可视化观察和分析。

对于该异或门而言，其输入共有四种组合方式：（x₀ ⁰、x₁ ⁰），（x₀ ⁰、x₁ ¹），（x₀ ¹、x₁ ⁰），（x₀ ¹、x₁ ¹），即对应于数字电路中的“（00）、（01）、（10）、（11）”四种组合，对这四种输入组合方式的Visual DSD仿真结果如图4中（a）~（d）所示，分别对应四个输入（00）、（01）、（10）、（11）。

在图4中，横轴代表反应时间，纵轴代表反应物浓度。每个仿真结果中，共有三条曲线(其中两条重合)，分别代表两输入DNA链（模拟仿真时两输入DNA链设置浓度相同，因而重合）和输出DNA链。

规定：当报告链（即输入DNA链）的浓度在0-0.2之间时，其相应的逻辑值为“0”；当报告链的浓度在0.8-1之间时，其相应的逻辑值为“1”。例如：在图4(a)中，输入1和输入4代表异或门初始输入x₀ x₁的逻辑值为‘00’，输出链的浓度在0.8-1之间，这意味着输出y的逻辑值为‘0’。异或门的其他三种仿真结果图的分析方法与此相同，因此不再赘述。

实施例2

如图3所示，利用实施例1所述基于局域性DNA发卡链置换反应异或门所构建的求反电路，属于一种三位二进制输入求反电路，由两个并列的异或门构成；

在该电路中：输入x₃代表输入二进制数的符号位，它只有“0”和“1”两种逻辑状态，且“0”代表输入二进制数为正，“1”代表输入二进制数为负；输入x₄和x₅分别代表二进制输入数值的高位和低位，也同样只有“0”和“1”两种逻辑状态；输出y₁和y₂分别代表二进制输出数值的高位和低位，也同样只有“0”和“1”两种逻辑状态；

该求反电路的真值表如下所示：

。

从该求反电路的真值表中可以看出，当输入二进制数的符号位x₃的逻辑值为“0”时，输出二进制数与输入二进制数相同；而当输入二进制数的符号位x₃的逻辑值为“1”时，输出二进制数的符号位y₀与输入二进制数的符号位x₃相同，输出二进制数的高位y₁和低位y₂与输入二进制数的高位x₄和低位x₅分别相反。

在该求反电路中，最初的x₃由信号输入1<s a₀>和输入3<s c₀>代替，x₄由输入2<sb₀>和输入4<s d₀>代替，x₅由输入5<s e₀>和输入6<s f₀>代替。

为便于理解和描述，对应于数字电子电路中的逻辑值，规定：

<s a₀>= x₃ ⁰，<s b₀>= x₄ ¹，<s c₀>= x₃ ¹，<s d₀>= x₄ ⁰，<s e₀>= x₅ ¹，<s f₀>= x₅ ⁰。

对于该双轨分子求反电路，输入组合只可能为(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)其中的一种。例如：当双轨分子求反电路输入组合为(1、2、5)时，它表示x₃ x₄ x₅的逻辑值为“011”。规定：当该分子电路的输出发卡H（F，i）发卡被打开表示输出y₁的逻辑值为“1”，反之为“0”；输出发卡H（E，t）发卡被打开表示输出y₂的逻辑值为“1”，反之为“0”。

对该求反电路的八种输入组合方式的Visual DSD仿真结果如图5和图6所示，分别对应于数字电路中的“（000）、（001）、（010）、（011）、（100）、（101）、（110）、（111）、”八个输入。

在图5和图6中，横轴代表反应时间，纵轴代表反应物浓度。每个仿真结果中，共有五条曲线，分别代表输入DNA链和输出DNA链。

规定：当报告链（即输入DNA链）的浓度在0-0.2之间时，其相应的逻辑值为“0”；当报告链的浓度在0.8-1之间时，其相应的逻辑值为“1”。例如：在图5（d）中，三条输入曲线代表求反电路初始输入x₀ x₁ x₂的逻辑值为‘011’。随着反应时间的增加，x₄ ¹和x₅ ¹曲线代表的DNA链浓度逐渐下降至0，同时，y₁ ¹和y₂ ¹橙色和紫色曲线以不同的速率常数逐渐上升至其代表的DNA链浓度范围稳定在0.8-1之间，这意味着输出y₁和y₂的逻辑值为‘1’。仿真图5（d）表明，该局域性求反电路的输入为‘011’时，输出结果为‘011’。三位二进制求反电路的其他七种仿真结果图的分析方法与此相同，因此不再赘述。

SEQUENCE LISTING

<110> 郑州轻工业学院

<120> 基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门及求反电路

<130> none

<160> 14

<170> PatentIn version 3.5

<210> 1

<211> 25

<212> DNA

<213> 单链DNA输入

<400> 1

cccaaaacaa aacaaaacaa catcg 25

<210> 2

<211> 26

<212> DNA

<213> 单链DNA输入

<400> 2

cccaaaacaa aacaaaacaa tagcca 26

<210> 3

<211> 26

<212> DNA

<213> 单链DNA输入

<400> 3

cccaaaacaa aacaaaacaa cctacg 26

<210> 4

<211> 26

<212> DNA

<213> 单链DNA输入

<400> 4

cccaaaacaa aacaaaacaa cacaca 26

<210> 5

<211> 52

<212> DNA

<213> DNA燃料发卡

<400> 5

tgatgtgggg ttttgttttg ttttgttctc agcccaaaac aaaacaaaac aa 52

<210> 6

<211> 53

<212> DNA

<213> DNA燃料发卡

<400> 6

agaggtgggg ttttgttttg ttttgtttac caacccaaaa caaaacaaaa caa 53

<210> 7

<211> 72

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 7

cccaaaacaa aacaaaacaa actacacggg ttttgttttg ttttgttgta gcccgtggtc 60

ctcttaatca cg 72

<210> 8

<211> 72

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 8

cccaaaacaa aacaaaacaa ctcaatcggg ttttgttttg ttttgttgag tccctagcta 60

ttctagtcgg ta 72

<210> 9

<211> 73

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 9

cccaaaacaa aacaaaacaa actacacggg ttttgttttg ttttgttatc ggtcttacac 60

accctaagcg ctg 73

<210> 10

<211> 71

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 10

cccaaaacaa aacaaaacaa tctccagggt tttgttttgt tttgttgagt cccagctatt 60

gctgtactgt a 71

<210> 11

<211> 73

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 11

cccaaaacaa aacaaaacaa actacacggg ttttgttttg ttttgttgga tgcctacgat 60

gctctcgcga ttc 73

<210> 12

<211> 73

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 12

cccaaaacaa aacaaaacaa actacacggg ttttgttttg ttttgttgtg tgtctagccg 60

cgactgtaga gtc 73

<210> 13

<211> 72

<212> DNA

<213> 固定于折纸基质上的DNA发卡

<400> 13

cccaaaacaa aacaaaacaa tattccgggt tttgttttgt tttgttatgg ttccgcgata 60

ttctacccgc tt 72

<210> 14

<211> 7249

<212> DNA

<213> 折纸基质上DNA长链

<400> 14

aatgctacta ctattagtag aattgatgcc accttttcag ctcgcgcccc aaatgaaaat 60

atagctaaac aggttattga ccatttgcga aatgtatcta atggtcaaac taaatctact 120

cgttcgcaga attgggaatc aactgttata tggaatgaaa cttccagaca ccgtacttta 180

gttgcatatt taaaacatgt tgagctacag cattatattc agcaattaag ctctaagcca 240

tccgcaaaaa tgacctctta tcaaaaggag caattaaagg tactctctaa tcctgacctg 300

ttggagtttg cttccggtct ggttcgcttt gaagctcgaa ttaaaacgcg atatttgaag 360

tctttcgggc ttcctcttaa tctttttgat gcaatccgct ttgcttctga ctataatagt 420

cagggtaaag acctgatttt tgatttatgg tcattctcgt tttctgaact gtttaaagca 480

tttgaggggg attcaatgaa tatttatgac gattccgcag tattggacgc tatccagtct 540

aaacatttta ctattacccc ctctggcaaa acttcttttg caaaagcctc tcgctatttt 600

ggtttttatc gtcgtctggt aaacgagggt tatgatagtg ttgctcttac tatgcctcgt 660

aattcctttt ggcgttatgt atctgcatta gttgaatgtg gtattcctaa atctcaactg 720

atgaatcttt ctacctgtaa taatgttgtt ccgttagttc gttttattaa cgtagatttt 780

tcttcccaac gtcctgactg gtataatgag ccagttctta aaatcgcata aggtaattca 840

caatgattaa agttgaaatt aaaccatctc aagcccaatt tactactcgt tctggtgttt 900

ctcgtcaggg caagccttat tcactgaatg agcagctttg ttacgttgat ttgggtaatg 960

aatatccggt tcttgtcaag attactcttg atgaaggtca gccagcctat gcgcctggtc 1020

tgtacaccgt tcatctgtcc tctttcaaag ttggtcagtt cggttccctt atgattgacc 1080

gtctgcgcct cgttccggct aagtaacatg gagcaggtcg cggatttcga cacaatttat 1140

caggcgatga tacaaatctc cgttgtactt tgtttcgcgc ttggtataat cgctgggggt 1200

caaagatgag tgttttagtg tattcttttg cctctttcgt tttaggttgg tgccttcgta 1260

gtggcattac gtattttacc cgtttaatgg aaacttcctc atgaaaaagt ctttagtcct 1320

caaagcctct gtagccgttg ctaccctcgt tccgatgctg tctttcgctg ctgagggtga 1380

cgatcccgca aaagcggcct ttaactccct gcaagcctca gcgaccgaat atatcggtta 1440

tgcgtgggcg atggttgttg tcattgtcgg cgcaactatc ggtatcaagc tgtttaagaa 1500

attcacctcg aaagcaagct gataaaccga tacaattaaa ggctcctttt ggagcctttt 1560

ttttggagat tttcaacgtg aaaaaattat tattcgcaat tcctttagtt gttcctttct 1620

attctcactc cgctgaaact gttgaaagtt gtttagcaaa atcccataca gaaaattcat 1680

ttactaacgt ctggaaagac gacaaaactt tagatcgtta cgctaactat gagggctgtc 1740

tgtggaatgc tacaggcgtt gtagtttgta ctggtgacga aactcagtgt tacggtacat 1800

gggttcctat tgggcttgct atccctgaaa atgagggtgg tggctctgag ggtggcggtt 1860

ctgagggtgg cggttctgag ggtggcggta ctaaacctcc tgagtacggt gatacaccta 1920

ttccgggcta tacttatatc aaccctctcg acggcactta tccgcctggt actgagcaaa 1980

accccgctaa tcctaatcct tctcttgagg agtctcagcc tcttaatact ttcatgtttc 2040

agaataatag gttccgaaat aggcaggggg cattaactgt ttatacgggc actgttactc 2100

aaggcactga ccccgttaaa acttattacc agtacactcc tgtatcatca aaagccatgt 2160

atgacgctta ctggaacggt aaattcagag actgcgcttt ccattctggc tttaatgagg 2220

atttatttgt ttgtgaatat caaggccaat cgtctgacct gcctcaacct cctgtcaatg 2280

ctggcggcgg ctctggtggt ggttctggtg gcggctctga gggtggtggc tctgagggtg 2340

gcggttctga gggtggcggc tctgagggag gcggttccgg tggtggctct ggttccggtg 2400

attttgatta tgaaaagatg gcaaacgcta ataagggggc tatgaccgaa aatgccgatg 2460

aaaacgcgct acagtctgac gctaaaggca aacttgattc tgtcgctact gattacggtg 2520

ctgctatcga tggtttcatt ggtgacgttt ccggccttgc taatggtaat ggtgctactg 2580

gtgattttgc tggctctaat tcccaaatgg ctcaagtcgg tgacggtgat aattcacctt 2640

taatgaataa tttccgtcaa tatttacctt ccctccctca atcggttgaa tgtcgccctt 2700

ttgtctttgg cgctggtaaa ccatatgaat tttctattga ttgtgacaaa ataaacttat 2760

tccgtggtgt ctttgcgttt cttttatatg ttgccacctt tatgtatgta ttttctacgt 2820

ttgctaacat actgcgtaat aaggagtctt aatcatgcca gttcttttgg gtattccgtt 2880

attattgcgt ttcctcggtt tccttctggt aactttgttc ggctatctgc ttacttttct 2940

taaaaagggc ttcggtaaga tagctattgc tatttcattg tttcttgctc ttattattgg 3000

gcttaactca attcttgtgg gttatctctc tgatattagc gctcaattac cctctgactt 3060

tgttcagggt gttcagttaa ttctcccgtc taatgcgctt ccctgttttt atgttattct 3120

ctctgtaaag gctgctattt tcatttttga cgttaaacaa aaaatcgttt cttatttgga 3180

ttgggataaa taatatggct gtttattttg taactggcaa attaggctct ggaaagacgc 3240

tcgttagcgt tggtaagatt caggataaaa ttgtagctgg gtgcaaaata gcaactaatc 3300

ttgatttaag gcttcaaaac ctcccgcaag tcgggaggtt cgctaaaacg cctcgcgttc 3360

ttagaatacc ggataagcct tctatatctg atttgcttgc tattgggcgc ggtaatgatt 3420

cctacgatga aaataaaaac ggcttgcttg ttctcgatga gtgcggtact tggtttaata 3480

cccgttcttg gaatgataag gaaagacagc cgattattga ttggtttcta catgctcgta 3540

aattaggatg ggatattatt tttcttgttc aggacttatc tattgttgat aaacaggcgc 3600

gttctgcatt agctgaacat gttgtttatt gtcgtcgtct ggacagaatt actttacctt 3660

ttgtcggtac tttatattct cttattactg gctcgaaaat gcctctgcct aaattacatg 3720

ttggcgttgt taaatatggc gattctcaat taagccctac tgttgagcgt tggctttata 3780

ctggtaagaa tttgtataac gcatatgata ctaaacaggc tttttctagt aattatgatt 3840

ccggtgttta ttcttattta acgccttatt tatcacacgg tcggtatttc aaaccattaa 3900

atttaggtca gaagatgaaa ttaactaaaa tatatttgaa aaagttttct cgcgttcttt 3960

gtcttgcgat tggatttgca tcagcattta catatagtta tataacccaa cctaagccgg 4020

aggttaaaaa ggtagtctct cagacctatg attttgataa attcactatt gactcttctc 4080

agcgtcttaa tctaagctat cgctatgttt tcaaggattc taagggaaaa ttaattaata 4140

gcgacgattt acagaagcaa ggttattcac tcacatatat tgatttatgt actgtttcca 4200

ttaaaaaagg taattcaaat gaaattgtta aatgtaatta attttgtttt cttgatgttt 4260

gtttcatcat cttcttttgc tcaggtaatt gaaatgaata attcgcctct gcgcgatttt 4320

gtaacttggt attcaaagca atcaggcgaa tccgttattg tttctcccga tgtaaaaggt 4380

actgttactg tatattcatc tgacgttaaa cctgaaaatc tacgcaattt ctttatttct 4440

gttttacgtg caaataattt tgatatggta ggttctaacc cttccattat tcagaagtat 4500

aatccaaaca atcaggatta tattgatgaa ttgccatcat ctgataatca ggaatatgat 4560

gataattccg ctccttctgg tggtttcttt gttccgcaaa atgataatgt tactcaaact 4620

tttaaaatta ataacgttcg ggcaaaggat ttaatacgag ttgtcgaatt gtttgtaaag 4680

tctaatactt ctaaatcctc aaatgtatta tctattgacg gctctaatct attagttgtt 4740

agtgctccta aagatatttt agataacctt cctcaattcc tttcaactgt tgatttgcca 4800

actgaccaga tattgattga gggtttgata tttgaggttc agcaaggtga tgctttagat 4860

ttttcatttg ctgctggctc tcagcgtggc actgttgcag gcggtgttaa tactgaccgc 4920

ctcacctctg ttttatcttc tgctggtggt tcgttcggta tttttaatgg cgatgtttta 4980

gggctatcag ttcgcgcatt aaagactaat agccattcaa aaatattgtc tgtgccacgt 5040

attcttacgc tttcaggtca gaagggttct atctctgttg gccagaatgt cccttttatt 5100

actggtcgtg tgactggtga atctgccaat gtaaataatc catttcagac gattgagcgt 5160

caaaatgtag gtatttccat gagcgttttt cctgttgcaa tggctggcgg taatattgtt 5220

ctggatatta ccagcaaggc cgatagtttg agttcttcta ctcaggcaag tgatgttatt 5280

actaatcaaa gaagtattgc tacaacggtt aatttgcgtg atggacagac tcttttactc 5340

ggtggcctca ctgattataa aaacacttct caggattctg gcgtaccgtt cctgtctaaa 5400

atccctttaa tcggcctcct gtttagctcc cgctctgatt ctaacgagga aagcacgtta 5460

tacgtgctcg tcaaagcaac catagtacgc gccctgtagc ggcgcattaa gcgcggcggg 5520

tgtggtggtt acgcgcagcg tgaccgctac acttgccagc gccctagcgc ccgctccttt 5580

cgctttcttc ccttcctttc tcgccacgtt cgccggcttt ccccgtcaag ctctaaatcg 5640

ggggctccct ttagggttcc gatttagtgc tttacggcac ctcgacccca aaaaacttga 5700

tttgggtgat ggttcacgta gtgggccatc gccctgatag acggtttttc gccctttgac 5760

gttggagtcc acgttcttta atagtggact cttgttccaa actggaacaa cactcaaccc 5820

tatctcgggc tattcttttg atttataagg gattttgccg atttcggaac caccatcaaa 5880

caggattttc gcctgctggg gcaaaccagc gtggaccgct tgctgcaact ctctcagggc 5940

caggcggtga agggcaatca gctgttgccc gtctcactgg tgaaaagaaa aaccaccctg 6000

gcgcccaata cgcaaaccgc ctctccccgc gcgttggccg attcattaat gcagctggca 6060

cgacaggttt cccgactgga aagcgggcag tgagcgcaac gcaattaatg tgagttagct 6120

cactcattag gcaccccagg ctttacactt tatgcttccg gctcgtatgt tgtgtggaat 6180

tgtgagcgga taacaatttc acacaggaaa cagctatgac catgattacg aattcgagct 6240

cggtacccgg ggatcctcta gagtcgacct gcaggcatgc aagcttggca ctggccgtcg 6300

ttttacaacg tcgtgactgg gaaaaccctg gcgttaccca acttaatcgc cttgcagcac 6360

atcccccttt cgccagctgg cgtaatagcg aagaggcccg caccgatcgc ccttcccaac 6420

agttgcgcag cctgaatggc gaatggcgct ttgcctggtt tccggcacca gaagcggtgc 6480

cggaaagctg gctggagtgc gatcttcctg aggccgatac tgtcgtcgtc ccctcaaact 6540

ggcagatgca cggttacgat gcgcccatct acaccaacgt gacctatccc attacggtca 6600

atccgccgtt tgttcccacg gagaatccga cgggttgtta ctcgctcaca tttaatgttg 6660

atgaaagctg gctacaggaa ggccagacgc gaattatttt tgatggcgtt cctattggtt 6720

aaaaaatgag ctgatttaac aaaaatttaa tgcgaatttt aacaaaatat taacgtttac 6780

aatttaaata tttgcttata caatcttcct gtttttgggg cttttctgat tatcaaccgg 6840

ggtacatatg attgacatgc tagttttacg attaccgttc atcgattctc ttgtttgctc 6900

cagactctca ggcaatgacc tgatagcctt tgtagatctc tcaaaaatag ctaccctctc 6960

cggcattaat ttatcagcta gaacggttga atatcatatt gatggtgatt tgactgtctc 7020

cggcctttct cacccttttg aatctttacc tacacattac tcaggcattg catttaaaat 7080

atatgagggt tctaaaaatt tttatccttg cgttgaaata aaggcttctc ccgcaaaagt 7140

attacagggt cataatgttt ttggtacaac cgatttagct ttatgctctg aggctttatt 7200

gcttaatttt gctaattctt tgccttgcct gtatgattta ttggatgtt 7249

Claims (3)

1.一种基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门，其特征在于，该异或门采用双轨逻辑构建而成，包括单链DNA输入、燃料发卡和固定于折纸基质上的DNA发卡；

所述单链DNA输入有四种：<s a₀>、<s b₀>、<s c₀>、<s d₀>；

所述DNA燃料发卡有两种：<y^*>[s*]{x^>、<z^*>[s*]{F^>；

所述固定于折纸基质上的DNA发卡有七种：{tether() a₀^*}[s]{y^>、{tether() x^*}[s]{blank^>、{tether() b₀^*}[s]{y^>、{tether() x^*}[s]{z^>、{tether() c₀^*}[s]{y^>、{tether() d₀^*}[s]{y^>、{tether() F^*}[s]{i^>，其中tether()表示发卡被束缚；

所述折纸基质，具体为利用DNA短链与长链的特异性结合自组装而成的单层DNA；

所述单链DNA输入和燃料发卡在空间上均是自由扩散的，而固定在折纸基质上的DNA发卡在空间上则是被束缚的，只能与相邻的DNA链反应。

2.如权利要求1所述基于局域性DNA发卡链置换反应的异或门，其特征在于，具体DNA链如下所述：

单链DNA输入：

<s a₀>，如SEQ ID NO.1所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACATCG，

<s b₀>，如SEQ ID NO.2所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAATAGCCA，

<s c₀>，如SEQ ID NO.3所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACCTACG，

<s d₀>，如SEQ ID NO.4所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACACACA；

DNA燃料发卡：

<y^*>[s*]{x^> ，如SEQ ID NO.5所示，即：TGATGTGGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTCTCAGCCCAAAACAAAACAAAACAA，

<z^*>[s*]{F^> ，如SEQ ID NO.6所示，即：AGAGGTGGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTTACCAACCCAAAACAAAACAAAACAA，

固定于折纸基质上的DNA发卡：

{tether()a₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.7所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAAACTACACGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTGTAGCCCGTGGTCCTCTTAATCACG，

{tether()x^*}[s]{blank^> ，如SEQ ID NO.8所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAACTCAATCGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTGAGTCCCTAGCTATTCTAGTCGGTA，

{tether()b₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.9所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAAACTACACGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTATCGGTCTTACACACCCTAAGCGCTG，

{tether()x^*}[s]{z^>，如SEQ ID NO.10所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAATCTCCAGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTGAGTCCCAGCTATTGCTGTACTGTA，

{tether()c₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.11所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAAACTACACGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTGGATGCCTACGATGCTCTCGCGATTC，

{tether()d₀^*}[s]{y^>，如SEQ ID NO.12所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAAACTACACGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTGTGTGTCTAGCCGCGACTGTAGAGTC，

{tether()F^*}[s]{i^> ，如SEQ ID NO.13所示，即：CCCAAAACAAAACAAAACAATATTCCGGGTTTTGTTTTGTTTTGTTATGGTTCCGCGATATTCTACCCGCTT，

折纸基质上DNA长链，共包括7249个碱基，如SEQ ID NO.14所示。

3.利用权利要求1或2所述基于局域性DNA发卡链置换反应异或门所构建的求反电路，其特征在于，该求反电路属于一种三位二进制输入求反电路，由两个并列的异或门构成；

在该电路中，设定如下：

输入x₃代表输入二进制数的符号位，它只有“0”和“1”两种逻辑状态，且“0”代表输入二进制数为正，“1”代表输入二进制数为负；

输入x₄和x₅分别代表二进制输入数值的高位和低位，也同样只有“0”和“1”两种逻辑状态；

输出y₁和y₂分别代表二进制输出数值的高位和低位，也同样只有“0”和“1”两种逻辑状态；

该求反电路的真值表如下所示：

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