一种基于微流控技术和三螺旋双链DNA结构的更稳定的逻辑门设计

随着信息处理量爆炸性猛增，传统信息处理技术面临着前所未有的巨大挑战。1994年，美国加利福尼亚大学的Adleman博士首次通过生化方法证明了用DNA进行特定目的计算的可行性，从而拉开了DNA计算机模型研究的帷幕。相比于传统信息处理技术，DNA计算具备高分子并行性以及生物兼容性等方面的广泛优势。近年来，关于DNA计算的研究已经取得了不少成果，尤其是DNA纳米技术，因其可编程的优势对DNA计算机产生了巨大的影响，然而，其热不稳定性和较低的计算速度限制了其发展进程。

据麦姆斯咨询报道，基于此，南开大学医学院刘寅团队的研究人员提出了一种基于微流控技术和三螺旋双链DNA（T-dsDNA）结构的更稳定的逻辑门设计，为DNA纳米电路设计提供了一种简单易行的策略。该研究成果以“Design and Realization of Triple dsDNA Nanocomputing Circuits in Microfluidic Chips”为题发表在ACS Appl Mater Interfaces上。

具体而言，研究人员对常规纳米计算电路中的DNA结构进行了修饰。在以往的研究中，计算电路中的DNA结构通常被用于检测单链DNA或RNA，而经过关键修饰的DNA结构具有三个双链DNA片段，可与三个单链DNA结合，研究人员将这种结构命名为T-dsDNA。

在此基础上，研究人员进行了逻辑门（AND、OR和NOT）的设计，并在微全分析系统（mTAS）中构造了半加器逻辑运算模块和全加器逻辑运算模块。这些模块不仅可以使溶液在室温下充分混合，还可以实时反映操作结果，体现了其在生化分析、药物开发等领域的应用潜力。此外，其布尔逻辑门的模块化设计在DNA纳米计算电路的组装中体现了强大的优势。

微流控平台

总之，研究人员设计了一种热稳定性较高的DNA结构——T-dsDNA，在此基础上，进一步开发了DNA逻辑门，并最终设计了可在室温下使用的纳米级计算元件。由于这种材料的特性，计算可以在几秒钟内完成。当这种材料与微流控芯片相结合时，能够实现复杂的计算，为DNA回路核酸的设计和DNA回路的集成提供了一种新的策略。

全加器与微流控平台的结合

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c24220

审核编辑 ：李倩