Toward Minute-Level DNA Computing: An Ultrafast, Cost-Effective, and Universal System for Lighting Up Various Concurrent DNA Logic Nanodevices (CDLNs) and Concatenated Circuits

计算机科学 DNA运算 与非门 逻辑门 电子线路 计算机硬件 嵌入式系统 算法 电气工程 工程类 计算
作者
Jiawen Han,Xujuan Lv,Yuwei Zhang,Juan Wang,Daoqing Fan,Shaojun Dong
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (45): 16725-16732 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c03793
摘要

DNA logic nanodevices are powerful tools for both molecular computing tasks and smart bioanalytical applications. Nevertheless, the hour-level operation time and high cost caused by the frequent redesign/reconstruction of gates, tedious strand-displacement reaction, and expensive labeled probes (or tool enzymes) in previous works are ineluctable drawbacks. Herein, we report an ultrafast and cost-effective system for engineering concurrent DNA logic nanodevices (CDLNs) by combining polythymine CuNCs with SYBR Green I (SG I) as universal dual-output producers. Particularly, benefiting from the concomitant minute-level quick response of both unlabeled illuminators and the exquisite strand-displacement-free design, all CDLNs including contrary logic pairs (YES∧NOT, OR∧NOR, and Even∧Odd number classifier), noncontrary ones (IDE∧IMP, OR∧NAND), and concatenated circuits are implemented in just 10 min via a "one-stone-two-birds" method, resulting in only 1/12 the operation time and 1/4 the cost needed in previous works, respectively. Moreover, all of them share the same threshold value, and the dual output can be easily visualized by the naked eye under a portable UV lamp, indicating the universality and practicality of this system. Furthermore, by exploiting the "positive/negative cross-verification" advantages of concurrent contrary logic, the smart in vitro analysis of the polyadenine strand and its polymerase is realized, providing novel molecular tools for the early diagnosis of cancer-related diseases.
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