Multiplexed and high-bandwidth DNA computing circuits with superresolution DNA origami displays

计算机科学 多路复用 电子线路 调试 计算 DNA折纸 逻辑门 可逆计算 瓶颈 CMOS芯片 解耦(概率) 切片 杠杆(统计) 可视化 计算机硬件 集成电路 非常规计算 并行处理 计算科学 光学计算 可缩放矢量图形 电子工程 拓扑(电路) 限制 DNA运算 纳米电子学 解码方法 DNA纳米技术 网络拓扑 和大门 可扩展性 稳健性(进化)
作者
Zhongchao Jin,Yuqing Tang,Sisi Jia,Zheze Dai,Zhikun Zhao,Jiang Li,Kai Xia,Jun Liu,Ke Ke,Hui Lv,Qian Li,Fei Wang,Chunhai Fan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (46): e2517114122-e2517114122
标识
DOI:10.1073/pnas.2517114122
摘要

DNA computing circuits leverage molecular interactions to construct a highly parallel and biologically compatible information processing paradigm. However, their development has been constrained by a critical gap between intrinsic computational parallelism and the limited readout bandwidth. Multibit outputs from complex circuits often require multiple separate tests, limiting the integration and debugging efficiency. Here, we overcome this bottleneck by decoupling computation from readout via a DNA origami display-based interface by integrating strand displacement and unstable binding reactions. We convert multibit molecular outputs from DNA circuits into spatially resolved geometric bits, enabling direct visualization via superresolution microscopy for high-throughput readout. We experimentally demonstrated the direct readout of an 8-bit decoder circuit and simultaneous display of 16 parallel-running logic gates. This high-bandwidth platform unlocks capabilities in circuit debugging and multiplexed execution, paving the way for large-scale DNA computing and high-throughput biosensing.
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