Time-Gated FRET and DNA-Based Photonic Molecular Logic Gates: AND, OR, NAND, and NOR
Notice bibliographique
Résumé
Molecular logic devices (MLDs) constructed from DNA are promising for applications in bioanalysis, computing, and other applications requiring Boolean logic. These MLDs accept oligonucleotide inputs and generate fluorescence output through changes in structure. Although fluorescent dyes are most common in MLD designs, nontraditional luminescent materials with unique optical properties can potentially enhance MLD capabilities. In this context, luminescent lanthanide complexes (LLCs) have been largely overlooked. Here, we demonstrate a set of high-contrast DNA photonic logic gates based on toehold-mediated strand displacement and time-gated FRET. The gates include NAND, NOR, OR, and AND designs that accept two unlabeled target oligonucleotide sequences as inputs. Bright "true" output states utilize time-gated, FRET-sensitized emission from an Alexa Fluor 546 (A546) dye acceptor paired with a luminescent terbium cryptate (Tb) donor. Dark "false" output states are generated through either displacement of the A546, or through competitive and sequential quenching of the Tb or A546 by a dark quencher. Time-gated FRET and the long luminescence lifetime and spectrally narrow emission lines of the Tb donor enable 4-10-fold contrast between Boolean outputs, ≤10% signal variation for a common output, multicolor implementation of two logic gates in parallel, and effective performance in buffer and serum. These metrics exceed those reported for many other logic gate designs with only fluorescent dyes and with other non-LLC materials. Preliminary three-input AND and NAND gates are also demonstrated. The powerful combination of an LLC FRET donor with DNA-based logic gates is anticipated to have many future applications in bioanalysis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».