Scaling Up Digital Circuit Computation with DNA Strand Displacement Cascades

数字电子学 电子线路 DNA DNA运算 信号(编程语言) 计算机科学 调试 电子工程 物理 DNA折纸 算法 缩放比例 拓扑(电路) 电气工程 工程类 程序设计语言
作者
Lulu Qian,Erik Winfree
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:332 (6034): 1196-1201 被引量:1107
标识
DOI:10.1126/science.1200520
摘要

To construct sophisticated biochemical circuits from scratch, one needs to understand how simple the building blocks can be and how robustly such circuits can scale up. Using a simple DNA reaction mechanism based on a reversible strand displacement process, we experimentally demonstrated several digital logic circuits, culminating in a four-bit square-root circuit that comprises 130 DNA strands. These multilayer circuits include thresholding and catalysis within every logical operation to perform digital signal restoration, which enables fast and reliable function in large circuits with roughly constant switching time and linear signal propagation delays. The design naturally incorporates other crucial elements for large-scale circuitry, such as general debugging tools, parallel circuit preparation, and an abstraction hierarchy supported by an automated circuit compiler.
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