限于摩尔定律的制约,传统物理计算发展到了瓶颈,越来越多的科学家探索新型的计算方法。DNA计算具有可并行计算、储存能量大、能耗低、生物实验可智能化等显著优点,成为了生物界的研究热点之一。作为DNA计算领域一种新的方法,DNA链置换技术不仅仅用于构建简单的生化电路,而且越来越向着大规模、多输入、多模块化的复杂电路前行。本文基于DNA链置换技术设计十六输入编码和四位超前进位加法器分子电路和反应模块,主要内容如下:针对DNA链置换反应分子电路复杂性高、难级联、且多输入编码器研究少的问题。本文搭建了基于DNA链置换反应的十六输入编码器的分子逻辑电路,并在DSD软件中,对电路进行仿真验证,仿真结果取得了预期效果,本文将十六输入编码器分子电路进行模块化设计,一定程度上解决了DNA电路难级联、复杂性高的问题,为大规模模块化分子电路的搭建提供了参考。针对传统加法器由于逐级计算,进位相互影响制约,导致输出效率低,错误率高的问题。本文在传统加法器基础上设计了四位超前进位加法器的分子电路,所设计的分子电路所有进位数多数情况是同时产生,相邻进位之间无影响,摆脱了传统加法器进位之间相互影响的问题,并通过软件验证电路的准确性,本文所搭建的分子电路计算效率更高,错误率更低,真正实现了从生物学的角度解决数学问题,为解决更加复杂的数学问题提供了方法。针对DNA链置换子反应不同步、电路复杂难以搭建且电路移植性差的问题。本文基于DNA链置换反应原理和可逆反应,设计了催化、降解、湮灭、同步四个基本化学反应模块,通过DSD软件对所设计的模块进行功能验证,将四个化学反应模块应用到振荡器中,实现了振荡器的输入输出同步,将复杂电路模块化,增加电路的稳定性和可移植性,为多级同步和复杂模块电路的搭建提供了理论支持。本文通过DNA链置换技术实现了多输入模块化电路设计,包括十六输入编码器和四位超前进位加法器分子电路设计,利用反应模块实现振荡器的输入输出同步,所研究的内容为构建更多输入、更多输出、更多模块化的复杂电路提供了参考。