计算机作为20世纪最重要的发明之一,逐渐成为人类生活中不可或缺的一部分,虽然电子计算机的发展有目共睹,但人们对计算机的速度和信息量的存储的要求也越来越高,而随着电子元件的发展逐渐接近其物理极限,传统计算机也面临着前所未有的巨大挑战,寻找新型的材料改善甚至替代传统以硅为基础的计算机逐渐成为科学家们关注的热点。1994年,美国南加州大学Adleman[1]博士运用DNA链在试管中解决了一个数学上的经典图论问题,首次证明了分子计算在实验操作上的可行性。DNA分子自身的结构特点决定了其实现逻辑计算的多种优势,因此逐渐吸引越来越多的科学家对该领域进行探索和研究。本文首先介绍了 DNA计算的研究背景与意义,以及目前的国内外研究现状。同时介绍DNA计算中用到的基本逻辑门电路(如AND、OR逻辑门等)和一些基本的生物技术操作(如琼脂糖凝胶电泳等)。后结合目前研究成果,基于DNA链置换技术,通过不同的检测手段,构建了两种不同的DNA逻辑计算模型。首先基于DNA链置换技术,构建了一个OR门,该逻辑门以单链DNA环为反应底物,并在其上设计三个不同的杂交区域可以分别与作为输入信号的三种部分互补双链结构结合,使荧光基团和猝灭基团分离,进而通过检测荧光信号的释放构建三输入OR逻辑门。利用生成的复杂聚合物作为反应底物,通过链置换反应区别不同颜色的荧光信号构建一个双输入的AND逻辑门,从而形成级联反应,完成逻辑运算。该模型通过DNA环设计,进而控制链的释放和绑定,通过荧光信号的释放和猝灭,实现了信息的传递。其次通过DNA链置换技术设计了 一个不同于传统检测手段的逻辑门模型,为提高模型的灵敏度,该模型使用DNA短链进行设计,其中一条在其5’端修饰生物素,对应的补链同样在5’端修饰生物素,利用链霉亲和素因其与生物素具有稳定的特异性结合力,链粱亲和素会被绑定在上述DNA链反应产物上,从而使长度为9bp的反应产物在电泳时速度明显慢于其他未修饰的DNA双链,以此特异性现象作为输出信号,完成逻辑运算。该模型不需要复杂的检测手段,且生物过程清晰明了,实验操作易于实现,材料花费低,从而为以后构建基于生物大分子更为复杂的逻辑门提供依据和参考。