Termen DNA påminner omedelbart om den dubbelsträngade helixen som innehåller all vår genetiska information. Men de individuella enheterna av dess två strängar är par av molekyler bundna med varandra i en selektiv, kompletterande mode. Visar sig, man kan dra fördel av denna parningsegenskap för att utföra komplexa matematiska beräkningar, och detta utgör grunden för DNA-beräkning.

Eftersom DNA bara har två strängar, Att utföra även en enkel beräkning kräver flera kemiska reaktioner med olika uppsättningar av DNA. I de flesta existerande forskningar, DNA för varje reaktion läggs till manuellt, en och en, i ett enda reaktionsrör, vilket gör processen mycket krånglig. Mikrofluidiska chips, som består av smala kanaler etsade på ett material som plast, erbjuda ett sätt att automatisera processen. Men trots deras löfte, användningen av mikrofluidchip för DNA-beräkning är fortfarande underutforskad.

I en ny artikel – publicerad i ACS Nano den 7 juli 2021, ett team av forskare från Incheon National University (INU), Korea, presentera ett programmerbart DNA-baserat mikrofluidchip som kan styras av en persondator för att utföra DNA-beräkningar. "Vår förhoppning är att DNA-baserade processorer kommer att ersätta elektroniska processorer i framtiden eftersom de förbrukar mindre ström, som kommer att hjälpa till med den globala uppvärmningen. DNA-baserade processorer ger också en plattform för komplexa beräkningar som djupinlärningslösningar och matematisk modellering, säger Dr Youngjun Song från INU, som ledde studien.

Dr. Song och team använde 3D-utskrift för att tillverka sitt mikrofluidiska chip, som kan exekvera boolesk logik, en av de grundläggande logikerna i datorprogrammering. Boolesk logik är en typ av sann-eller-falsk logik som jämför indata och returnerar värdet "true" eller "false" beroende på typen av operation, eller 'logisk port, " användes. Den logiska grinden i detta experiment bestod av en enkelsträngad DNA-mall. Olika enkelsträngad DNA användes sedan som indata. Om en del av ett inmatat DNA hade en komplementär Watson-Crick-sekvens till mall-DNA, det parades för att bilda dubbelsträngat DNA. Resultatet ansågs vara sant eller falskt baserat på storleken på det slutliga DNA:t.

Det som gör det designade chippet extraordinärt är ett motordrivet ventilsystem som kan manövreras med en PC eller smartphone. Chip- och mjukvaruuppsättningen bildar tillsammans en mikrofluidisk bearbetningsenhet (MPU). Tack vare ventilsystemet, MPU:n kan utföra en serie reaktioner för att utföra en kombination av logiska operationer på ett snabbt och bekvämt sätt.

Detta unika ventilsystem av den programmerbara DNA-baserade MPU:n banar väg för mer komplexa kaskader av reaktioner som kan koda för utökade funktioner. "Framtida forskning kommer att fokusera på en total DNA-beräkningslösning med DNA-algoritmer och DNA-lagringssystem, " säger Dr Song.