隨著信息處理量爆炸性猛增，傳統信息處理技術面臨著前所未有的巨大挑戰。1994年，美國加利福尼亞大學的Adleman博士首次通過生化方法證明了用DNA進行特定目的計算的可行性，從而拉開了DNA計算機模型研究的帷幕。相比于傳統信息處理技術，DNA計算具備高分子并行性以及生物兼容性等方面的廣泛優勢。近年來，關于DNA計算的研究已經取得了不少成果，尤其是DNA納米技術，因其可編程的優勢對DNA計算機產生了巨大的影響，然而，其熱不穩定性和較低的計算速度限制了其發展進程。
據麥姆斯咨詢報道，基于此，南開大學醫學院劉寅團隊的研究人員提出了一種基于微流控技術和三螺旋雙鏈DNA（T-dsDNA）結構的更穩定的邏輯門設計，為DNA納米電路設計提供了一種簡單易行的策略。該研究成果以“Design and Realization of Triple dsDNA Nanocomputing Circuits in Microfluidic Chips”為題發表在ACS Appl Mater Interfaces上。
具體而言，研究人員對常規納米計算電路中的DNA結構進行了修飾。在以往的研究中，計算電路中的DNA結構通常被用于檢測單鏈DNA或RNA，而經過關鍵修飾的DNA結構具有三個雙鏈DNA片段，可與三個單鏈DNA結合，研究人員將這種結構命名為T-dsDNA。
在此基礎上，研究人員進行了邏輯門（AND、OR和NOT）的設計，并在微全分析系統（mTAS）中構造了半加器邏輯運算模塊和全加器邏輯運算模塊。這些模塊不僅可以使溶液在室溫下充分混合，還可以實時反映操作結果，體現了其在生化分析、藥物開發等領域的應用潛力。此外，其布爾邏輯門的模塊化設計在DNA納米計算電路的組裝中體現了強大的優勢。
微流控平臺
總之，研究人員設計了一種熱穩定性較高的DNA結構——T-dsDNA，在此基礎上，進一步開發了DNA邏輯門，并最終設計了可在室溫下使用的納米級計算元件。由于這種材料的特性，計算可以在幾秒鐘內完成。當這種材料與微流控芯片相結合時，能夠實現復雜的計算，為DNA回路核酸的設計和DNA回路的集成提供了一種新的策略。
全加器與微流控平臺的結合
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.1c24220
延伸閱讀：
《微流控初創公司調研》
