研究人员开发了一种计算DNA液滴，能够识别作为肿瘤生物标志物的化学合成microRNA的特定组合。通过大分子中的液-液相分离(或凝聚)形成水滴是生命科学研究中的热门话题。在这些形成液滴的各种大分子中，DNA是最有趣的，因为它是可预测和可编程的，这些特性在纳米技术中很有用。最近，DNA的可编程性被用于构建和调节由序列设计的DNA凝聚形成的DNA液滴。
日本东京工业大学的科学家开发了一种计算DNA液滴，能够识别作为肿瘤生物标志物的化学合成microRNA(miRNA)的特定组合。使用这些miRNA作为分子输入，液滴可以通过物理DNA液滴相分离给出DNA逻辑计算输出。他们的研究结果发表在AdvancedFunctionalMaterials上。
“已经报道了DNA液滴在受细胞启发的微隔室中的应用。尽管生物系统通过将生物传感与分子逻辑计算相结合来调节其功能，但没有关于DNA液滴与分子计算集成的文献，”首席研究员MasahiroTakinoue教授解释说。
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开发这种DNA液滴需要一系列实验。首先，他们设计了三种类型的Y形DNA纳米结构，称为Y基序A、B和C，具有三个粘性末端，以制造A、B和CDNA液滴。通常，相似的液滴会自动结合在一起，而要连接不同的液滴则需要特殊的“连接器”分子。因此，他们使用连接分子将A液滴与B和C液滴连接起来;这些接头分子分别称为AB和AC接头。
在他们的第一个实验中，他们通过引入两个输入DNA来评估AB液滴混合物中的“与”运算。在此操作中，输入的存在记录为1，而其不存在记录为0。AB液滴混合物的相分离仅发生在(1,1)，这意味着当两个输入DNA都存在时，表明AND操作的成功应用.在这项研究之后，科学家们决定将乳腺癌肿瘤标志物miRNA-1和miRNA-2引入AC液滴混合物作为AND操作的输入。AND操作成功意味着计算DNA液滴识别了miRNA。
在随后的实验中，该团队展示了AB混合物与miRNA-3和miRNA-4乳腺癌生物标志物的同时AND和NOT操作。最后，他们创建了一种ABC液滴混合物，并将所有四种乳腺癌生物标志物引入该解决方案。ABC液滴中的相分离取决于接头裂解，导致两相分离或三相分离。
ABC液滴的这一特性使研究人员能够证明能够检测一组已知的癌症生物标志物或同时检测三种疾病的标志物。
“如果可以开发出可以集成和处理多个输入和输出的DNA液滴，我们可以将其用于早期疾病检测以及药物输送系统。我们目前的研究还为开发智能人工细胞和分子机器人的研究奠定了基础，”Takinoue总结道。