DNA链置换技术推动了DNA计算研究的发展,在DNA计算机的研究中起着至关重要的作用。DNA链置换反应为开发分子计算提供了一套智能工具箱,尽管基于DNA链置换反应的逻辑门电路已经达到了很高的复杂性,但实际可实现的计算任务的扩展仍然是一个障碍。开关电路最初由Shannon于1938年提出,现在广泛应用于电信领域,是实现高速、高带宽通信的一种有效手段。本文研究开发了一种基于DNA链置换反应的DNA开关电路来实现数字计算。我们使用DNA开关电路实现了加法器、减法器、乘法器和平方根函数,并将其基于费马因式分解级联起来组成了一个整数分解器。与基于双轨逻辑表达式的设计相比,DNA开关电路只使用了占其1/4的DNA链。我们期望由我们设计的基于DNA开关电路的整数分解方法能为分子计算在解决数学问题上提供一个设计范例。主要研究内容和成果如下:基于DNA开关电路构建了DNA加法器、DNA减法器、DNA乘法运算器、DNA开平方器、DNA特殊减法器。相比传统分子运算器件具有减少了DNA链,运算速度更快,复杂性更低,有更强的可编程性的优点。基于费马分解因式将DNA加法器、DNA减法器、DNA乘法运算器、DNA开平方器级联起来,实现了小范围的整数分解功能,解决了DNA分子计算在数学运算上的实际运用问题,为DNA纳米材料的工具库提供了设计想法。通过提出了DNA开关电路在人工智能领域的应用方案,分析其在人工智能领域上的可行性。其次给出了详细设计方案,实现了基于DNA开关电路的tictac-toe游戏赢家判断系统。最终结果也通过Visual DSD进行仿真验证,为DNA计算以后在人工智能领域的发展提供了基础。完成了DNA开平方器的荧光动力学实验,对文章中的理论部分进行了支撑,证明了本文中的DNA开关电路的设计可行性和优势。