无需重置的DNA逻辑电路：实时处理信息并自动记忆

本文介绍了一种突破性的DNA逻辑电路技术，核心是‘无需重置的DNA链式反应’（reset-free TCR）。传统基于DNA链置换（TMSD）的逻辑电路存在一个关键瓶颈：每次处理新输入前，必须通过额外步骤将电路‘重置’回初始状态，这严重限制了其实时响应能力和记忆功能。本文创新性地采用双向、可逆的链式反应机制——当输入信号到来时，DNA信号链能在两个相邻门元件间灵活迁移，方向由当前输入决定；更重要的是，该过程不改变分子结构，也无需消耗或引入额外序列，因此可无限次重复使用。研究人员将这一机制精准锚定在二维DNA折纸模板上，就像把电子元件焊在电路板上一样，避免了溶液中混乱的干扰反应。在此基础上，他们成功构建了多种基础与高级功能单元：包括能实时响应所有0/1组合的AND（与）、OR（或）逻辑门；具备‘设置-复位’（SR锁存器）和‘数据锁存’（D锁存器）功能的记忆电路，能像电脑内存一样记住上一次状态并在新输入下保持或更新；甚至进一步集成出可寻址的1位寄存器，实现‘写入-存储-读取’全流程。整个系统在长达数小时、多达九轮的连续操作中均稳定运行，无需任何人工干预或重置。尽管目前反应速度略慢于传统方法（因需打开DNA发夹结构），且多次循环后存在微弱信号衰减，但该框架首次真正实现了DNA计算的‘可重用性’和‘实时记忆性’，为开发面向实际应用的生物传感器、智能诊疗工具及合成生物学系统奠定了坚实基础。