基于DNA纳米材料,研究者们设计了多种链置换反应,并基于链置换反应构建了可进行逻辑判断,信息保护,可重用,可进行信号扩增,可用于核酸检测的功能电路等等。这些功能电路已经在各自的领域得到了广泛的应用。尽管如此,现有的功能电路尚无法满足所有研究需求,仍存在部分问题尚未解决。其一,现有的DNA功能电路无法对电路中间输出的数据进行回溯;其二,单碱基突变检测电路无法一次性识别检测多条同源DNA。围绕着这些问题。本论文提出了用于数据回溯及单碱基突变智能识别的两种DNA功能电路。利用Nupack软件对设计出的电路进行仿真检测,交叉比对电路中DNA分子之间的杂交性质和抗干扰能力,设计筛选出符合实验设计的碱基序列,并利用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳和荧光光谱实验对电路的运行过程与结果进行验证。本文的主要内容如下:第二章:与硅基计算体系相似,DNA计算体系在数据传输过程中也很难避免产生传输错误数据的情况,严重地影响常规逻辑计算的结果可靠性。为了解决该问题,我们将数据冗余编程思想融入到DNA逻辑电路的设计中,构建出可进行数据回溯的功能电路。根据冗余的思想,在电路的逻辑门单元上构建出与计算模块等效的冗余模块,使得冗余报道模块在报道冗余模块的信息时等效报道上级逻辑门的信息,从而实现对该级逻辑门输出状态的记录。根据冗余报道模块所报道的信息与真值表的比较,可以对最终电路计算结果的真实性进行验证。而逻辑门输出状态的回溯可以帮助我们在计算结果错误时准确找到电路的错误位置,从而对电路进行改善设计。第三章:生物体中具有多条同源寡核苷酸链,彼此仅有一个碱基差异,具有不同的生物学意义。若是利用传统方法对每一条核苷酸进行特异性检测则需要相应数目的识别探针进行一对一的检测。这会使得检测效率低下。为了解决该问题,我们尝试将DNA逻辑电路的组合逻辑判断功能应用到单碱基突变的检测中,使能够对多个输入进行分析判断。因此,我们设计了具有分子诊断功能的4-2编码器电路,该电路可以对四种同源寡核苷酸中的单碱基突变位点进行准确的识别。首先根据四个同源寡核苷酸分子信息的差异,以分子信息作为输入构建了两个2-1编码器,再将两个2-1编码器组合构建4-2编码器。该4-2编码器可以将4条同源DNA的分子信息转换为4种不同组合的荧光信号。因此,我们可以基于输入和输出之间的一一对应关系实现四种同源性极强的DNA的单碱基突变识别。