化工儀器網(wǎng)手機(jī)版
移動(dòng)端訪問更便捷
今日焦點(diǎn) Today's Focus
查看更多+-
關(guān)注水質(zhì)安全，“高品質(zhì)供水水質(zhì)分析與檢測(cè)技術(shù)線上研討會(huì)”開課在即
2025年5月7日14:00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“高品質(zhì)[詳細(xì)]
最新產(chǎn)品 Latest productS
查看更多+
中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)DNA邏輯運(yùn)算驅(qū)動(dòng)的納米超晶體
2024年10月26日 13:17:11
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：5026
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心鄧兆祥教授、姚東寶特任副研究員研究團(tuán)隊(duì)利用可編程DNA鏈替換反應(yīng)精準(zhǔn)調(diào)控納米粒子催組裝過程，構(gòu)建了一系列無信號(hào)泄漏的DNA邏輯運(yùn)算器件。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】DNA分子以其嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，具備優(yōu)異的可編程性和結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，成為實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算功能的理想候選材料。過去30年間，基于toehold介導(dǎo)的DNA鏈替換反應(yīng)所構(gòu)建的DNA邏輯運(yùn)算器件得到了快速發(fā)展，并在復(fù)雜度和可集成性方面展現(xiàn)出了巨大潛力。然而，傳統(tǒng)上，這些邏輯運(yùn)算器件主要以熒光作為信號(hào)讀出，并依賴熒光強(qiáng)度進(jìn)行結(jié)果判定，這種方法難以避免非特異性反應(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)泄漏，限制了其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心鄧兆祥教授、姚東寶特任副研究員研究團(tuán)隊(duì)利用可編程DNA鏈替換反應(yīng)精準(zhǔn)調(diào)控納米粒子催組裝過程，構(gòu)建了一系列無信號(hào)泄漏的DNA邏輯運(yùn)算器件。
研究團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新的解決方案。他們利用可編程DNA鏈替換反應(yīng)精準(zhǔn)調(diào)控納米粒子的催組裝過程，首次實(shí)現(xiàn)了DNA分子邏輯驅(qū)動(dòng)的大尺寸三維膠體超晶體的構(gòu)筑。這一突破不僅解決了傳統(tǒng)熒光讀出策略的問題，還為構(gòu)建無泄漏且直觀可視的邏輯信號(hào)讀出系統(tǒng)提供了新的思路。
在該策略中，DNA功能化的納米粒子(也稱為可編程原子等價(jià)物，PAE)通過DNA鏈替換反應(yīng)，在恒溫條件下精準(zhǔn)調(diào)控其組裝路徑，從而實(shí)現(xiàn)有序超晶格的構(gòu)筑。特別是可去除型DNA催組劑(Catassembler)的引入，類似于化學(xué)反應(yīng)中的催化劑，能夠通過糾正無定形聚集結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤DNA連接，加速組裝系統(tǒng)脫離各種動(dòng)力學(xué)陷阱，實(shí)現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)逃逸。這種方法不僅解決了傳統(tǒng)熱退火方法不能充分利用DNA的可編程性、不利于活性組裝基元(如蛋白酶)引入以及難以實(shí)現(xiàn)組裝結(jié)構(gòu)間固相轉(zhuǎn)變的問題，還為恒溫制造納米粒子超晶體提供了一種簡(jiǎn)單且通用的途徑。
更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)成功將DNA鏈替換邏輯運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)與納米粒子催組裝相結(jié)合，使得惰性納米粒子(dPAE，無粘性末端)在上游DNA邏輯回路釋放的引發(fā)鏈(Trigger)的作用下，通過DNA鏈替換反應(yīng)轉(zhuǎn)化為活性納米粒子(PAE，有粘性末端)，進(jìn)而組裝成有序的超晶格。這一過程中，由于上游DNA邏輯回路非特異性釋放的Trigger不足以啟動(dòng)PAE的催組裝過程，因此不能形成穩(wěn)定的超晶體，從而有效避免了信號(hào)泄漏的問題。邏輯運(yùn)算結(jié)果可根據(jù)特定超晶體的小角X射線散射(SAXS)圖案進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，無需人為設(shè)定信號(hào)強(qiáng)度閾值，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。
此外，研究團(tuán)隊(duì)還通過理性化設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一系列單輸入(YES和NOT)、雙輸入(OR、AND、XOR、NOR、NAND、XNOR、INHIBIT)DNA邏輯門以及兩層級(jí)聯(lián)DNA邏輯回路(OR-AND、AND-OR、AND-NOR)。借助SAXS信號(hào)優(yōu)異的區(qū)分度，基于兩種不同超晶格體系分別構(gòu)建的XOR和AND邏輯門，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了半加法運(yùn)算。同時(shí)，該工作還成功構(gòu)筑了一個(gè)具有信息安全保護(hù)功能的雙輸入DNA鍵盤鎖，展示了該系統(tǒng)在信息安全領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
綜上所述，USTC的研究團(tuán)隊(duì)通過可編程DNA催組裝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控納米粒子組裝路徑，成功實(shí)現(xiàn)了DNA邏輯運(yùn)算驅(qū)動(dòng)的大尺寸三維膠體超晶體的構(gòu)筑。這一成果不僅是對(duì)現(xiàn)有DNA邏輯系統(tǒng)的顯著改進(jìn)，也為未來構(gòu)建更復(fù)雜、更大規(guī)模的DNA邏輯體系提供了重要基礎(chǔ)。同時(shí)，該方法在構(gòu)筑具有邏輯運(yùn)算功能和動(dòng)態(tài)可編程的三維有序大尺寸膠體超晶格方面邁出了重要一步，有望為納米材料、生物技術(shù)和信息技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)的影響。
相關(guān)成果以“Implementation of Digital Computing by Colloidal Crystal Engineering with DNA”為題，于近日在線發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)。
參考來源：中國(guó)科大
相關(guān)閱讀 Related Reading
查看更多+-
預(yù)算291萬元 中國(guó)農(nóng)科院采購(gòu)水科學(xué)與工程公共實(shí)驗(yàn)室設(shè)備
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院就“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水科學(xué)與工程公共實(shí)驗(yàn)室綠色發(fā)展裝備購(gòu)置項(xiàng)目”發(fā)布招標(biāo)公告，預(yù)算291萬元。2025-04-29 10:17:20 -
超2.9億元采購(gòu)計(jì)劃！北京中醫(yī)藥大學(xué)將集中購(gòu)置數(shù)百套儀器設(shè)備
北京中醫(yī)藥大學(xué)計(jì)劃采購(gòu)數(shù)百套儀器設(shè)備，包括高分辨激光共聚焦顯微鏡、超高效液相色譜儀、圓二色光譜儀等，預(yù)算總金額超2.9億元。2025-04-28 15:00:46 -
關(guān)注水質(zhì)安全，“高品質(zhì)供水水質(zhì)分析與檢測(cè)技術(shù)線上研討會(huì)”開課在即
2025年5月7日14:00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“高品質(zhì)供水水質(zhì)分析與檢測(cè)技術(shù)線上研討會(huì)”，聚焦離子色譜、液質(zhì)聯(lián)用、在線毒性分析等儀...2025-04-27 15:37:19 -
8項(xiàng)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布！生態(tài)環(huán)境部征求意見中
近日，生態(tài)環(huán)境部組織編制了8項(xiàng)國(guó)家生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿，包含氣相色譜、堿性滴定、非分散紅外吸收等技術(shù)，意見反饋于5月23日截止。2025-04-27 11:14:46 -
超高效液相色譜-四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀中標(biāo)結(jié)果公告
項(xiàng)目名稱：超高效液相色譜-四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀，項(xiàng)目編號(hào)：0811-254DSITC0527，招標(biāo)范圍：超高效液相色譜-四級(jí)桿...2025-04-25 14:17:19 -
預(yù)算460萬元 重慶市中醫(yī)院采購(gòu)液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)
重慶市中醫(yī)院就“重慶市中醫(yī)院液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)系統(tǒng)”發(fā)布招標(biāo)公告，預(yù)算460萬元。2025-04-25 13:25:57
版權(quán)與免責(zé)聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
