利用DNA体系构建逻辑门电路

基本逻辑门遵循布尔逻辑,即可以根据一个或多个确定的输入产生一个相应的输出。它是电子集成电路的关键部件,广泛用于计算机、通信设备和数字化仪表等。DNA特殊的双螺旋结构和独特的碱基互补原则可用于逻辑门的设计。相比于传统的以硅基原料为基础的逻辑门计算,这种利用生物分子设计的逻辑门具有许多优势,因此吸引了不少研究者的关注。

南昌大学邱建丁教授最近在《欧洲化学》上发表了一篇利用DNA体系构建逻辑门的研究报道。逻辑门的设计依靠金属离子与DNA之间的相互作用。其中银离子能与胞嘧啶-胞嘧啶(C-C)错配碱基形成C-Ag+-C复合结构,而汞离子能与胸腺嘧啶-胸腺嘧啶(T-T)错配碱基形成T-Hg2+-T复合结构,并在此基础上以金属离子为输入信号,基于DNA构象诱导的电子介体-电极表面距离变化,以电子介体的电化学信号为输出,设计了一系列DNA电化学逻辑门(AND,NAND,NOR)。 上海应用物理研究所的樊春海教授对此研究做了如下点评:

Qiu and coworkers developed a smart system to develop DNA-based logic gates by exploiting metal ion-triggered responses. While there have been numerous reports on DNA-based logic gates using optical input/output, this work is among the few that employ electronic ones, which are potentially more compatible with the conventional electronics.

这种以生物分子DNA为基础的电子逻辑门,在多用途化学传感器等领域具有潜在的应用价值。