【项目名称】

大规模通用性DNA分子集成电路

【项目负责人】

樊春海 

【项目完成人】

樊春海、王飞、吕慧、谢努力、李明强、董明凯、孙晨蕴、张倩、赵磊、左小磊、陈海波 

【项目完成单位】

变革性分子前沿科学中心 

【项目简介】

DNA分子计算作为一种新型的计算方式，具有高并行性和低能耗、以及内在的生物兼容性，在求解复杂问题以及分子诊疗方向具有巨大的应用潜力。然而，已有的DNA分子电路在可编程性和可集成性方面均面临挑战。DNA电路的实现往往依赖于从头设计DNA分子而缺乏通用性。此外，常规的溶液集成主要基于布朗运动碰撞，分子间的非特异性结合带来信号串扰，限制了DNA分子电路的集成规模。 

针对上述挑战，团队致力于系统性研究溶液中DNA分子的无序碰撞和非特异性识别与信息处理的定量关系，并基于此构建具有通用性信息处理能力的DNA分子反应网络。本研究提出了通过DNA元件的可寻址调用进行功能编程的策略，设计并验证了可编程可重置的定制化DPGA电路，单器件编程多样性大于1000亿，展示了通用型DNA计算的可能性。 

本研究证明了DNA分子可以在逻辑电路之间像电子一样流动，为发展大规模集成的DNA电路奠定科学基础。突破了DNA电路的规模化瓶颈，达到500多条链，30个逻辑门，包含11层级联深度。分子计算可集成性的实现，也允许与天然分子网络的集成，为基于大规模计算的分子诊断等生物医学应用提供了新的思路。