Electrochemical label-free biomolecular logic gates regulated by distinct inputs

逻辑门 与非门 和大门 纳米技术 生物分子 计算机科学 化学 材料科学 算法
作者
Xinmei Song,Cuiyun Yang,Ruo Yuan,Yun Xiang
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:202: 114000-114000 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.bios.2022.114000
摘要

In current work, with elaborate designs of G-quadruplex containing "Y" junction structures, we demonstrate the construction of several new and label-free electrochemical logic gate operations (OR, AND, NOR, and NAND) by defining two distinct biomolecules, human 8-oxo-7,8-dihydroguanine DNA glycosylase 1 (hOGG1) and microRNA-141 (miRNA-141), as the inputs. The "Y" junction structures are immobilized onto the surface of gold electrode as the signal transduction platform. The presence of the input molecules with different combinations can alter the "Y" junction structures to disrupt the formation of the complete G-quadruplexes via 8-oxoG-site specific cleavage and miRNA-141-triggered displacement of the "Y" junctions. Subsequent association of hemin with the G-quadruplex sequences thus yields significant current variation outputs upon electrochemical reduction of hemin on the electrode, leading to the successful function of different logic operations without the involvement of labeling the DNA sequences with electro-active species. Featured with the advantages of multiple logic operations with distinct inputs and the label-free electrochemical format, such molecular logic gates can potentially provide promising opportunities for the development of simple and robust biological logic gates for various applications.
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