晶体管电路逐渐接近其性能极限,使得传统电子计算机在工作频率和计算速度等方面受到局限,近年来,科学家们开始探索新的计算模型来代替传统的电子计算。其中DNA计算机因其高度并行性、海量的存储能力等优点受到科学界的极大青睐。而逻辑运算和算术运算是计算机运算系统中最基本的功能,因此,研究DNA计算系统中的逻辑运算和算术运算是实现DNA计算机功能的关键。DNA计算离不开传统的生化反应,而生化反应存在着设备体积庞大、过程复杂、难以操控的不足。在微流控芯片上利用微细加工技术制备各种模块来实现生化反应不仅具有体积小、携带方便、样品消耗少等优点,而且能为设计并实现大规模实用化的DNA计算机提供有力的技术支撑。因此,基于微流控芯片的DNA计算系统的研究成为新的热点。本文采用分子信标代替DNA分子作为运算操作数的载体,并将DNA计算系统的理念与微流控技术相结合,设计了完成逻辑运算以及N位二进制算术运算的微流控芯片,并详细说明了芯片完成运算的方法及过程。在此基础上,进一步设计了完成运算所需的温度控制系统,简要介绍了系统的整体结构以及其软件编程环境,并给出了其供电、温度采集、温度控制等硬件模块的具体设计方法及功能实现的结果。为了实时地控制温度,采用RBF神经网络PID控制算法跟踪温差信号,并在MATLAB仿真环境下对传统数字PID算法和RBF神经网络PID算法跟踪单位阶跃信号进行仿真比较,结果说明RBF神经网络PID控制算法具有更好的跟踪响应效果。最后,设计了检测运算结果的荧光检测处理系统,给出了系统的整体结构,并根据荧光产生的机理,选择合适的器件,设计了荧光检测系统和信号处理系统的基本电路,并利用Visual Basic软件编写程序实现了检测处理系统的上位机控制显示界面。一直以来,学者多致力于DNA计算的建模研究,研究其设计与实现的并不多见,且通过生化反应实现DNA计算一直面临着最终解难检测的问题。利用微流控芯片内流体的可控流动对信息进行加工和处理虽然仍处于萌芽阶段,但是很可能成为未来信息处理领域的一个重要分支,其潜力和影响不容忽视。本文采用分子信标作为运算操作数,解决了DNA计算中运算结果难检测的问题；利用微流控芯片上的生化反应实现DNA计算,克服了传统生化反应的缺点,将DNA计算模型由理论推向实现。因此,研究基于微流控芯片的DNA计算对DNA计算机的研制具有重要的理论意义与实用价值。