長春應化所董紹俊院士/范道慶綜述: 多功能材料“引領”DNA邏輯運算及其智能生物應用

作為我們當今生活工作中不可或缺的一個工具，計算機的核心是運行布爾邏輯的硅芯片。隨著人們日益增長的需求，半導體晶體管的微小化和集成化程度漸漸達到了理論極限。為此，科學家開始探索可作為潛在替代品的新穎基底材料，在分子水平上運行布爾邏輯運算。其中，DNA邏輯運算被認為是下一代分子計算機中最有前景的替代者之一，在最近幾十年引起了科學家們廣泛的興趣。作為生物遺傳信息的攜帶者，DNA得益于諸多與生俱來的優異特點，比如低成本、易合成、高度可操控性和杰出的生物相容性，在分子邏輯運算和相關智能應用領域展現出巨大的能力。

近日，中科院長春應化所的董紹俊院士以及范道慶博士，以豐富多彩的功能化“積木”材料作為創新性的出發點，針對最近5-10年在DNA邏輯運算領域的優秀成果進行了系統分類，并深入淺出的對代表性工作進行了清晰的總結。首先，作者選取合適的例子，對主要的邏輯器件（基本邏輯門、運算和非運算型邏輯器件等）進行了詳細的分類和功能介紹。其次，討論了基于各種各樣“積木”材料的DNA運算體系，包括“功能化DNA”(aptamer、G-quadruplex、i-motif等)、DNA工具酶、非DNA生物材料、納米材料、聚合物、二維/三維DNA框架等都被用來作為基本單元來設計運行DNA邏輯運算。隨后，作者又探討了DNA邏輯運算在智能分析檢測、細胞成像和診療等方面的巧妙生物應用。最后，作者還從獨特的角度出發，討論了該領域當前的局限性和挑戰，并提出了將來潛在的研究方向。

以色列耶路撒冷希伯來大學的范道慶博士是本文的第一作者，中科院長春應化所的董紹俊和汪爾康兩位院士是文章的通訊作者。

文章信息：Propelling DNA Computing with Materials’ Power: Recent Advancements in Innovative DNA Logic Computing Systems and Smart Bio-Applications.?Daoqing Fan, Juan Wang, Erkang Wang and Shaojun Dong.?Advanced?Science, 2020, DOI:?10.1002/advs.202001766.