DNA折り紙鎖を有効にすることにより、三状態のロジック計算

DNAナノテクノロジーの発明により、2次元のアーキテクチャに限定された従来の半導体の有望な代替品として、および高密度化に起因する問題の加熱による分子計算が可能になりました。DNA分子を使用して達成された論理ゲートの現在の研究は、主に2つの状態の操作（およびORなど）に焦点を当てています。ただし、DNA計算におけるTri-Stateロジック（高インピーダンスZ）を実現することは研究されていません。ここでは、DNA折り紙鎖のようなヒンジ付きロッドを積極的に折りたたんで、三状態のロジック信号を返す立体構造の変化を誘導します。リジッド6ヘリックスバンドル（6HB）DNA折り紙を使用して、各半柔軟性のあるヒンジの近くに機能的な一本鎖（SS）DNAを備えた回路プラットフォームとして線形トリマーチェーンを自己組織化します。ssDNAの有効化または存在は、ヒンジでハイブリダイゼーションを行うことができ、トリマー鎖の直線的なジオメトリ（high-zとして定義）から1倍（0）または2倍（1）を作動させます。2つの異なる三状態のロジックゲートプラットフォーム、バッファとインバーターを設計し、原子間力顕微鏡（AFM）および/またはアガロースゲル電気泳動（GEL）を特徴とするトライステート信号を明確に返す対応する有効/入力SSDNAを設計します。Tri-Stateロジックに関する私たちの研究は、DNA分子の生体適合性を利用した細胞処理や生体物質など、研究と産業用の両方の用途を使用して、現在の2状態のブール論理を超えてDNA計算を強化します。

The invention of DNA nanotechnology has enabled molecular computation as a promising substitute for traditional semiconductors which are limited to two-dimensional architectures and by heating problems resulting from densification. Current studies of logic gates achieved using DNA molecules are predominately focused on two-state operations (AND, OR, etc.); however, realizing tri-state logic (high impedance Z) in DNA computation is understudied. Here we actively fold DNA origami chain-like hinged rods to induce conformational changes that return tri-state logic signals. We use rigid six helix-bundle (6HB) DNA origami to self-assemble a linear trimer chain as a circuit platform with functional single-stranded (ss) DNA near each semi-flexible hinge. The presence or absence of ssDNA enable and input strands allows hybridization to take place at the hinges, activating one fold (0) or two folds (1) from the straight linear geometry (defined as High-Z) of the trimer chain. We design two different tri-state logic gate platforms, buffer and inverter, with corresponding enable/input ssDNA to unambiguously return tri-state signals, characterized by Atomic Force Microscopy (AFM) and/or agarose gel electrophoresis (GEL). Our work on tri-state logic significantly enhances DNA computation beyond the current two-state Boolean logic with both research and industrial applications, including cellular treatments and living matter utilizing the biocompatibility of DNA molecules.