DNA Molecular Computation Using the CRISPR-Mediated Reaction and Surface Growth of Gold Nanoparticles

纳米材料 DNA 与非门 纳米技术 胶体金 纳米颗粒 逻辑门 材料科学 DNA纳米技术 计算机科学 生物 算法 遗传学
作者
Ruijie Fu,Jinjie Hou,Zexiang Wang,Yunlei Xianyu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (22): 14754-14763 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04265
摘要

DNA has emerged as a promising tool to build logic gates for biocomputing. However, prevailing methodologies predominantly rely on hybridization reactions or structural alterations to construct DNA logic gates, which are limited in simplicity and diversity. Herein, we developed simple and smart DNA-based logic gates for biocomputing through the DNA-mediated growth of gold nanomaterials without precise structure design and probe modification. Capitalizing on their excellent plasmonic properties, the surface growth of gold nanomaterials enables distinct wavelength shifts and unique shapes, which are modulated by the composition, length, and concentration of the DNA sequences. Combined with a CRISPR-mediated reaction, we constructed DNA circuits to achieve complicated biocomputing to modulate the surface growth of gold nanomaterials. By implementing logic functions controlled by input-mediated growth of gold nanomaterials, we established YES/NOT, AND/NAND, OR/NOR, XOR, and INHIBIT gates and further constructed cascade logic circuits, parity checker for natural numbers, and gray code encoder, which are promising for DNA biocomputing.
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