长春应化所董绍俊院士/范道庆综述: 多功能材料“引领”DNA逻辑运算及其智能生物应用

作为我们当今生活工作中不可或缺的一个工具，计算机的核心是运行布尔逻辑的硅芯片。随着人们日益增长的需求，半导体晶体管的微小化和集成化程度渐渐达到了理论极限。为此，科学家开始探索可作为潜在替代品的新颖基底材料，在分子水平上运行布尔逻辑运算。其中，DNA逻辑运算被认为是下一代分子计算机中最有前景的替代者之一，在最近几十年引起了科学家们广泛的兴趣。作为生物遗传信息的携带者，DNA得益于诸多与生俱来的优异特点，比如低成本、易合成、高度可操控性和杰出的生物相容性，在分子逻辑运算和相关智能应用领域展现出巨大的能力。

近日，中科院长春应化所的董绍俊院士以及范道庆博士，以丰富多彩的功能化“积木”材料作为创新性的出发点，针对最近5-10年在DNA逻辑运算领域的优秀成果进行了系统分类，并深入浅出的对代表性工作进行了清晰的总结。首先，作者选取合适的例子，对主要的逻辑器件（基本逻辑门、运算和非运算型逻辑器件等）进行了详细的分类和功能介绍。其次，讨论了基于各种各样“积木”材料的DNA运算体系，包括“功能化DNA”(aptamer、G-quadruplex、i-motif等)、DNA工具酶、非DNA生物材料、纳米材料、聚合物、二维/三维DNA框架等都被用来作为基本单元来设计运行DNA逻辑运算。随后，作者又探讨了DNA逻辑运算在智能分析检测、细胞成像和诊疗等方面的巧妙生物应用。最后，作者还从独特的角度出发，讨论了该领域当前的局限性和挑战，并提出了将来潜在的研究方向。

以色列耶路撒冷希伯来大学的范道庆博士是本文的第一作者，中科院长春应化所的董绍俊和汪尔康两位院士是文章的通讯作者。

文章信息：Propelling DNA Computing with Materials’ Power: Recent Advancements in Innovative DNA Logic Computing Systems and Smart Bio-Applications. Daoqing Fan, Juan Wang, Erkang Wang and Shaojun Dong. Advanced Science, 2020, DOI: 10.1002/advs.202001766.