Empowering DNA-Based Information Processing: Computation and Data Storage

DNA运算 纳米技术 微流控 计算机科学 计算机数据存储 DNA 材料科学 计算 生物 计算机硬件 算法 遗传学
作者
Kunjie Li,Heng Chen,Dayang Li,Chaoyong Yang,Huimin Zhang,Zhi Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c13948
摘要

Information processing is a critical topic in the digital age, as silicon-based circuits face unprecedented challenges such as data explosion, immense energy consumption, and approaching physical limits. Deoxyribonucleic acid (DNA), naturally selected as a carrier for storing and using genetic information, possesses unique advantages for information processing, which has given rise to the emerging fields of DNA computing and DNA data storage. To meet the growing practical demands, a wide variety of materials and interfaces have been introduced into DNA information processing technologies, leading to significant advancements. This review summarizes the advances in materials and interfaces that facilitate DNA computation and DNA data storage. We begin with a brief overview of the fundamental functions and principles of DNA computation and DNA data storage. Subsequently, we delve into DNA computing systems based on various materials and interfaces, including microbeads, nanomaterials, DNA nanostructures, hydrophilic–hydrophobic compartmentalization, hydrogels, metal–organic frameworks, and microfluidics. We also explore DNA data storage systems, encompassing encapsulation materials, microfluidics techniques, DNA nanostructures, and living cells. Finally, we discuss the current bottlenecks and obstacles in the fields and provide insights into potential future developments.
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