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龙图腾网获悉郑州轻工业大学申请的专利一种搭建半加半减分子开关电路的方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115186613B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-09发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210775195.1，技术领域涉及：G06F30/30；该发明授权一种搭建半加半减分子开关电路的方法是由黄春;郭毅飞;尧俊英;王延峰;李盼龙;王英聪;孙军伟;姜素霞;张勋才;王妍;凌丹;张新雅设计研发完成，并于2022-07-01向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种搭建半加半减分子开关电路的方法在说明书摘要公布了：本发明提出了一种搭建半加半减分子开关电路的方法，用以解决构建大规模复杂电路时电路结构复杂，反应速度慢，参与链多且杂乱，缺乏模块性的技术问题。本发明包括如下步骤：基于DNA链置换反应机制构建分子开关电路的基本结构；设计分子开关电路的DNA链结构，设置DNA链之间的反应速率和泄露速率，优化分子开关和输入信号的初始浓度，确定分子开关的级联功能，设置扇入分子开关电路和扇出分子开关电路；利用开关画布路由策略，基于扇入DNA开关电路和扇出DNA开关电路搭建半加半减分子开关电路，利用Simbiology仿真平台验证其性能。本发明在提高反应速度的同时，有效简化电路规模，促进了DNA电路的模块化发展。

本发明授权一种搭建半加半减分子开关电路的方法在权利要求书中公布了：1.一种搭建半加半减分子开关电路的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：基于DNA链置换反应机制构建分子开关电路的基本结构； 步骤二：设计分子开关电路的DNA链结构，设置DNA链之间的反应速率和泄露速率，优化分子开关和输入信号的初始浓度，确定分子开关的级联功能，设置扇入分子开关电路和扇出分子开关电路； 步骤三：利用开关画布路由策略，基于扇入分子开关电路和扇出分子开关电路搭建半加半减分子开关电路，利用Simbiology仿真平台验证其性能； 所述分子开关电路的基本结构包括输入端口的启动开关SG、接收上游信号的下游开关DW和荧光报告门report；分子开关电路的化学反应机理为： X+SG→CSX+SGON1 CSX+DW→DWOFF+waste132 DWOFF+Y→CSY+DWON3 CSY+report→reportON+waste124 其中，反应式1为输入信号X与启动开关SG进行DNA链置换反应，X、SG为参与反应物，CSX、SGON为生成物，SGON代表启动开关SG闭合；反应式2为上游产生的电流信号链CSX与下游开关DW进行DNA链置换反应，生成新生成物DWOFF和废料waste13，DWOFF代表将下游开关DW由原本的阻塞状态转换为当前的断开状态；反应式3为处于断开状态的下游开关DWOFF与其对应的输入信号Y进行DNA链置换反应，生成新的信号链CSY和DWON，下游开关DW被转换为闭合状态，记为DWON；反应式4为上游产生的电流信号链CSY与荧光报告门report进行DNA链置换反应，生成荧光链reportON和废料waste12，其中reportON代表当前荧光报告门report闭合，将输出信号的浓度转换为了荧光输出； 当输入信号X后，启动开关SG裸露的小立足点与输入信号X配对后输出电流信号链CSX和无任何立足点的DNA双链即生成物SGON，生成物SGON类似于启动开关SG的闭合；下游开关DW接收到传递来的电流信号链CSX后产生DNA链置换反应，将其自身的阻塞状态更改为断开状态DWOFF，当下游开关的输入信号链Y到来后，可将下游开关DW的断开状态更改为闭合状态DWON，产生的电流信号链CSY被传递给荧光报告门report后进行荧光检测，产生一条荧光信号链reportON和一条废料waste12，完成了上下游开关串联连接下的信号传输； 所述步骤三中构建半加半减分子开关电路的方法为：通过逻辑关系得到半加半减器的真值表，根据开关画布路由策略将半加半减器的功能转换为分子开关电路，根据分子开关电路的级联特征，设计分子开关序列，形成了两层11个分子开关的半加半减分子开关电路； 所述反应式1中，设计输入信号X的DNA单链结构为m1^a1^a2^m2^m3^，启动开关SG的DNA双链结构为r2^r1r2^[m1^a1^a2^m2^]{m3^*}，生成物CSX的DNA单链结构为r2^r1r2^m1^a1^a2^m2^，闭合开关SGON的DNA双链结构为[m1^a1^a2^m2^m3^]；所述反应式2中，下游开关DW的DNA双链结构为e3^b3e4^[e11^b1^b2^]:[e5^r2^r1r2^]{m1^*}，生成物DWOFF的DNA双链结构为e3^b3e4^[e11^b1^b2^]:{e5^}:[r2^r1r2^m1^]a1^a2^m2^；所述反应式3中，输入信号Y的DNA单链结构为e11^b1^b2^e5^，输入信号Y与生成物DWOFF发生DNA链置换反应后，生成物CSY的DNA单链结构为e3^b3^e4^e11^b1^b2^，生成物DWON的DNA双链结构为[e11^b1^b2^e5^]:[r2^r1r2^m1^]a1^a2^m2^；所述反应式4中，荧光报告门report的DNA双链结构为[e11^b3e4^]{e11^*}，生成物reportON的DNA双链结构为[e11^b3e4^e11^]{b1^b2^}；其中，a1、a2、m2、r1、r2、e3、e4、b1、b2、b3为结构域，e11、m1、m3、e5为小支点域，表示DNA链的上链结构部分，[]表示DNA链已互补配对过的双链结构部分，:表示用来连接两部分双链结构域，{}表示DNA链的下链结构部分，^用来标记上链结构域，^*用来标记下链结构域； 所述半加半减分子开关电路包括输入端的启动开关SG1和SG2、中间下游开关DW3-DW8、输出端下游开关DW9-DW11以及两个荧光报告门report0和report1；半加半减分子开关电路的DNA链置换反应过程为： 启动开关SG1的闭合过程： X0+SG1→CSX0+SG1ON15 3-扇出分子开关电路的反应过程： CSX0+DW3→DW3OFF+waste116 CSX0+DW5→DW5OFF+waste217 CSX0+DW7→DW7OFF+waste318 其中，生成物waste1、waste2和waste3为废料，输入信号X0和启动开关SG1为参与物，SG1ON和CSX0为两个生成物；3-扇出分子开关电路将电流信号链CSX0扇出3条后分别激活下游开关DW3、DW5和DW7，激活后的分子开关DW3、DW5和DW7由原来的阻塞状态转为断开状态DW3OFF、DW5OFF和DW7OFF，断开的下游开关DW3OFF、DW5OFF和DW7OFF裸露出中间小支点等待代表逻辑1的输入信号X1、代表逻辑0的输入信号X1'的到来，下游开关DW3OFF、DW5OFF和DW7OFF分别与对应输入信号X1'、X1'、X1产生化学反应的过程为： X1'+DW3OFF→CSX1+DW3ON19 X1'+DW5OFF→CSX2+DW5ON20 X1+DW7OFF→CSX3+DW7ON21 其中，下游开关变成闭合状态DW3ON、DW5ON和DW7ON，且生成的三条电流信号链CSX1、CSX2、CSX3被分别传递到下游开关DW9、DW10和DW11处； 启动开关SG2的闭合过程为： X0'+SG2→CSX4+SG2ON22 启动开关转换为闭合状态SG2ON，生成的电流信号链CSX4被分别传递到下游开关DW4、DW6和DW8，3-扇出分子开关电路的反应过程为： CSX4+DW4→DW4OFF+waste423 CSX4+DW6→DW6OFF+waste524 CSX4+DW8→DW8OFF+waste625 其中，生成物waste4、waste5和waste6为废料，3-扇出分子开关电路将电流信号链CSX4扇出3条电流信号链后分别激活下游开关DW4、DW6和DW8，激活后的下游开关DW4、DW6和DW8由原来的阻塞状态分别转为断开状态DW4OFF、DW6OFF、DW8OFF，裸露出中间小支点等待输入信号信号X1、X1'的到来，输入信号X1、X1'和X1分别与下游开关DW4OFF、DW6OFF、DW8OFF产生化学反应： X1+DW4OFF→CSX1+DW4ON26 X1'+DW6OFF→CSX2+DW6ON27 X1+DW8OFF→CSX3+DW8ON28 其中，生成的三条电流信号链CSX1、CSX2、CSX3被分别传递到下游开关DW9、DW10和DW11处，电流信号链CSX1、CSX2、CSX3分别激活下游开关DW9、DW10和DW11的过程为： CSX1+DW9→DW9OFF+waste729 CSX2+DW10→DW10OFF+waste830 CSX3+DW11→DW11OFF+waste931 其中，激活后的下游开关DW9、DW10和DW11分别由原来的阻塞状态转为断开状态DW9OFF、DW10OFF和DW11OFF，裸露出中间小支点等待输入信号X2、X2'的到来，输入信号X2、X2、X2'分别与激活后的下游开关DW9OFF、DW10OFF和DW11OFF产生化学反应的过程为： X2+DW9OFF→CSX5+DW9ON32 X2+DW10OFF→CSX6+DW10ON33 X2'+DW11OFF→CSX6+DW11ON34 其中，生成两条新的电流信号链CSX5、CSX6，下游开关由断开状态分别变成闭合状态DW9ON、DW10ON、DW11ON；电流信号链CSX5、CSX6分别与荧光报告门report0和report1的反应过程为： CSX5+report0→report0ON+waste1035 CSX6+report1→report1ON+waste1136 其中，产生两条高浓度的荧光信号链report0ON和report1ON； 半加半减分子开关电路的分子开关的初始浓度设置为1x，x代表100nM，输入信号X0、X1、X2的初始浓度均设置为2x，分子开关的各级浓度比设置为5:1.5:1。

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