传统硅基计算机在求解复杂大规模计算问题时受到芯片制造工艺限制和算力瓶颈制约。DNA计算充分利用了DNA分子的超高密度信息储存能力和存算一体化的高度并行性,具备突破上述瓶颈的潜力,并特别适用于图结构数据的表示和图计算问题的求解。DNA链置换技术是实现DNA计算的重要技术之一,具有可编程性、准确性、自发性、灵敏度高等特点。近年来,被广泛用于构建分子电路以实现复杂的功能,如手写体识别、NP-完全问题求解等。但是随着分子电路规模的增大,级联数量的增加,泄漏问题成为了亟待解决的问题。为了克服泄漏问题,实现更复杂的功能应用,本文基于DNA链置换技术,设计了多米诺与逻辑计算系统和用于癌症分析的DNA计算系统。主要内容如下:为解决逻辑门间级联造成的泄漏问题,多米诺逻辑门以“长链为驱动,toehold域提供动力支持”的技术路线实现多级级联。受多米诺骨牌重力势能传递的启发,提出了基于解链温度和自由能调整序列设计的多米诺规则,极大的提高了逻辑门的可扩展性、稳定性和鲁棒性。并在此基础上构建了多并行性分子电路求解了以tic-tac-toe为例的决策问题,实现了tic-tac-toe的人机全过程博弈。基于limma分析、WGCNA等生物信息学方法,对包含mi RNA和临床特征的癌症基因组图谱（TCGA）数据集分析得到生物标志物。并以生物标记物作为输入,按照赢家通吃的原则,以荧光报告结果为输出,设计了用于癌症分析的DNA计算系统。与传统方法相比,该系统具有速度更快、操作更便捷的优势,有利于探索快速准确的癌症诊断技术,朝着廉价、无创和快速的疾病筛查、分类和进展监测方向发展。