上海交通大学变革性分子前沿科学中心樊春海团队通过构建超分辨DNA折纸显示器,成功突破了这一瓶颈。该研究将链置换反应与可逆结合反应整合于DNA折纸的每个可寻址位点,建立了一个连接DNA计算电路与空间可寻址纳米结构的数据接口,从而将电路的多位分子输出转换为空间分辨的几何比特,并利用超分辨率显微镜进行直接可视化高通量读出。研究团队实验演示了对一个8位解码器电路的直接读出,以及16个并行运行逻辑门的同步显示。该高通量平台解锁了电路调试与多路复用执行的新能力,为大规模DNA计算与高通量生物传感的发展铺平了道路。其中,金仲超、汤雨晴为论文第一作者,吕慧、李茜、王飞、樊春海为论文通讯作者。

Fig. 1 DNA电路高带宽读出设计策略

Fig.2 DNA计算电路与DNA折纸显示器集成实现计算结果同步读出

Fig.3 高带宽DNA计算电路读出与性能评估

Fig.4 利用DNA折纸显示器实现DNA电路的多路复用执行
综上所述,本研究通过构建基于DNA折纸的超分辨率显示界面,成功突破了DNA计算中长期存在的读出带宽瓶颈,实现了计算核心与读出模块的有效解耦。这一"空间编码"新策略将多位分子输出转换为可寻址的几何比特,通过单一荧光通道即可实现高达16路并行信号的高通量、无串扰读出,为大规模DNA集成电路的调试与高效运行提供了关键技术支撑。实验所展示的对8位解码器、6位平方电路及16个并行逻辑门的同步准确读出,充分证明了该平台在提升DNA计算并行性、集成度与操作效率方面的显著优势。这种将"计算"与"显示"分离的设计理念,类似于电子计算机中CPU与显示器的关系,为DNA计算系统模块化发展奠定了基础。