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基于DNA域编码的余三码四位减法器的设计

黄春 郭毅飞 张新雅 孙军伟 王英聪 李盼龙 王延峰

黄春, 郭毅飞, 张新雅, 孙军伟, 王英聪, 李盼龙, 王延峰. 基于DNA域编码的余三码四位减法器的设计[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2110-2118. doi: 10.11999/JEIT210216
引用本文: 黄春, 郭毅飞, 张新雅, 孙军伟, 王英聪, 李盼龙, 王延峰. 基于DNA域编码的余三码四位减法器的设计[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(6): 2110-2118. doi: 10.11999/JEIT210216
HUANG Chun, GUO Yifei, ZHANG Xinya, SUN Junwei, WANG Yingcong, LI Panlong, WANG Yanfeng. Design of Four-bit Subtracter Using Excess-3 Code Rules Based on DNA Domain Coding[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2110-2118. doi: 10.11999/JEIT210216
Citation: HUANG Chun, GUO Yifei, ZHANG Xinya, SUN Junwei, WANG Yingcong, LI Panlong, WANG Yanfeng. Design of Four-bit Subtracter Using Excess-3 Code Rules Based on DNA Domain Coding[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(6): 2110-2118. doi: 10.11999/JEIT210216

基于DNA域编码的余三码四位减法器的设计

doi: 10.11999/JEIT210216
基金项目: 国家重点研发项目(2017YFE0103900),国家自然科学基金(U1804262, 61603348, 61632002, 61702463),中原千人计划(204200510003),食管癌防治国家重点实验室开放基金(K2020-0010, K2020-0011),河南省科技攻关项目(202102310202)
详细信息
    作者简介:

    黄春:女,1979年生,副教授,研究方向为生物信息处理

    郭毅飞:女,1985年生,硕士生,研究方向为生物信息处理

    张新雅:女,1997年生,硕士生,研究方向为生物信息处理

    孙军伟:男,1984年生,副教授,研究方向为生物信息处理

    王英聪:男,1987年生,博士,研究方向为生物信息处理

    李盼龙:男,1989年生,博士,研究方向为生物信息处理

    王延峰:男,1973年生,教授,研究方向为生物信息处理

    通讯作者:

    王延峰 yanfengwang@yeah.net

  • 中图分类号: TN791; TP301

Design of Four-bit Subtracter Using Excess-3 Code Rules Based on DNA Domain Coding

Funds: The National Key R & D Program of China (2017YFE0103900), The National Natural Science Foundation of China (U1804262, 61603348, 61632002, 61702463), The Zhongyuan Thousand Talents Program (204200510003), The Open Fund of State Key Laboratory of Esophageal Cancer Prevention and Treatment (K2020-0010, K2020-0011), The Technology Program of Henan Province (202102310202)
  • 摘要: DNA分子逻辑电路的设计是DNA计算领域的重要研究方向。该文针对当前双轨分子逻辑电路复杂度高、响应时间慢的问题,提出一种基于域编码策略的DNA逻辑电路设计的新方法。该文设计了“多输入1输出”逻辑运算模块,构建了扇出门和放大器,并利用所构建的电路模块搭建了4位平方根分子逻辑电路,与经典的双轨策略下的4位平方根电路相比,反应物的数量由双轨的130种降低为61种,系统响应时间缩减为双轨的1/24,大大简化了电路的复杂度,提高了系统的响应速度,进一步验证了域编码策略在分子逻辑电路设计中的有效性。为了深度解析基于域编码策略的大规模复杂分子逻辑电路的设计思想,该文构造了“余三码四位减法器”,为设计大规模功能性DNA逻辑电路提供了更多的解决方案。
  • 图  1  域编码DNA信号链逻辑值的定义

    图  2  1输入逻辑运算模块、域编码荧光报告门的信号链及非门功能的实现

    图  3  2输入逻辑运算模块的组成及与门功能的实现

    图  4  3输入逻辑运算模块

    图  5  域编码2-扇出门信号链及反应过程

    图  6  域编码放大器信号链及反应过程

    图  7  求取4位平方根的逻辑原理图

    图  8  基于域编码逻辑运算模块设计的4位平方根仿真图

    图  9  余三码4位二进制减法器逻辑图

    图  10  余三码4位二进制减法器仿真图

    表  1  DNA信号链及逻辑值

    DNA信号链输入/输出逻辑值
    <j1L^ b j1R^ T^ u1L^ a u1R^>A00
    <j3L^ b j3R^ T^ u3L^ a u3R^>A10
    <j5L^ b j5R^ T^ u5L^ a u5R^>A20
    <j7L^ b j7R^ T^ u7L^ b u7R^>A31
    <j2L^ b j2R^ T^ u2L^ b u2R^>B01
    <j4L^ b j4R^ T^ u4L^ a u4R^>B10
    <j6L^ b j6R^ T^ u6L^ b u6R^>B21
    <j8L^ b j8R^ T^ u8L^ a u8R^>B30
    <j0L^ b j0R^ T^ u0L^ a u0R^>H00
    <j9L^ b j9R^ T^ u9L^ a u9R^>I00
    <j10L^ b j10R^ T^ u10L^ b u10R^>D01
    <j11L^ b j11R^ T^ u11L^ b u11R^>D11
    <j12L^ b j12R^ T^ u12L^ a u12R^>D20
    <j13L^ b j13R^ T^ u13L^ a u13R^>D30
    <wL^ a wR^ fluor01>Y000
    <pL^ b pR^ fluor12>Y111
    <qL^ b qR^ fluor22>Y211
    <mL^ a mR^ fluor31>Y300
    <nL^ a nR^ fluor33>I400
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-03-15
  • 修回日期:  2021-07-18
  • 网络出版日期:  2021-07-27
  • 刊出日期:  2022-06-21

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