由于摩尔定律的制约,众多的研究学者致力于研究DNA计算。DNA计算主要是通过分子生物学的运算操作去解决复杂的数学难题,DNA链置换技术是DNA计算的一种主要研究方法。DNA链置换技术具有自发性、并行性、可编程性、动态级联性的特点,DNA链置换技术在DNA计算发展历史上占据重要的地位。本文主要利用DNA链置换反应原理设计并研究了多输入多级联分子电路,主要内容如下:第一,基于DNA链置换技术构建了五位平方根和五位立方根的双轨分子电路且实现了平方根及立方根的逻辑运算功能。基于双轨的思想,大大增加了分子电路的DNA种类、数量及反应个数,增加了分子电路的复杂性。第二,构建改进型五位平方根和改进型五位立方根分子电路,研究发现其分子电路很大程度上减少了DNA种类、数目及反应个数,实现了平方根及立方根的逻辑运算功能且降低分子电路的复杂度。第三,采用格雷码的编码方式构建了两位减法器分子逻辑电路,并通过软件仿真证明其减法逻辑运算功能。第四,借鉴于使能控制的思想,利用DNA链置换反应原理结合使能控制思想构建了三种不同的分子组合逻辑门结构,实现了六种逻辑功能运算。并使用三种分子组合逻辑门成功构建了三级联分子组合逻辑电路,实现了十种不同的逻辑运算功能。本文中的仿真是通过Visual DSD及Matlab软件实现的,所设计的DNA链置换电路皆可扩展到更多输入、更复杂的分子电路,能结合其他电路动态级联实现复杂的逻辑运算功能。