Le terme ADN fait immédiatement penser à l'hélice double brin qui contient toute notre information génétique. Mais les unités individuelles de ses deux brins sont des paires de molécules liées les unes aux autres de manière sélective, mode complémentaire. Il s'avère que, on peut profiter de cette propriété d'appariement pour effectuer des calculs mathématiques complexes, et cela constitue la base du calcul de l'ADN.

Puisque l'ADN n'a que deux brins, effectuer même un simple calcul nécessite de multiples réactions chimiques utilisant différents ensembles d'ADN. Dans la plupart des recherches existantes, les ADN de chaque réaction sont ajoutés manuellement, un par un, dans un seul tube de réaction, ce qui rend le processus très lourd. Puces microfluidiques, qui se composent de canaux étroits gravés sur un matériau comme le plastique, offrent un moyen d'automatiser le processus. Mais malgré leur promesse, l'utilisation de puces microfluidiques pour le calcul de l'ADN reste sous-explorée.

Dans un article récent, publié dans ACS Nano le 7 juillet 2021, une équipe de scientifiques de l'Université nationale d'Incheon (INU), Corée, présentent une puce microfluidique à base d'ADN programmable qui peut être contrôlée par un ordinateur personnel pour effectuer des calculs d'ADN. « Notre espoir est que les processeurs basés sur l'ADN remplaceront les processeurs électroniques à l'avenir car ils consomment moins d'énergie, qui contribuera au réchauffement climatique. Les processeurs basés sur l'ADN fournissent également une plate-forme pour des calculs complexes tels que des solutions d'apprentissage en profondeur et la modélisation mathématique, " dit le Dr Youngjun Song de l'INU, qui a dirigé l'étude.

Le Dr Song et son équipe ont utilisé l'impression 3D pour fabriquer leur puce microfluidique, qui peut exécuter la logique booléenne, l'une des logiques fondamentales de la programmation informatique. La logique booléenne est un type de logique vrai ou faux qui compare les entrées et renvoie une valeur « vrai » ou « faux » selon le type d'opération, ou "porte logique, " utilisé. La porte logique dans cette expérience consistait en une matrice d'ADN simple brin. Différents ADN simple brin ont ensuite été utilisés comme entrées. Si une partie d'un ADN d'entrée avait une séquence Watson-Crick complémentaire à l'ADN matrice, il s'est apparié pour former un ADN double brin. La sortie a été considérée comme vraie ou fausse en fonction de la taille de l'ADN final.

Ce qui rend la puce conçue extraordinaire, c'est un système de vanne motorisé qui peut être actionné à l'aide d'un PC ou d'un smartphone. La puce et la configuration logicielle forment ensemble une unité de traitement microfluidique (MPU). Grâce au système de valve, le MPU pourrait effectuer une série de réactions pour exécuter une combinaison d'opérations logiques d'une manière rapide et pratique.

Ce système de vanne unique du MPU programmable basé sur l'ADN ouvre la voie à des cascades de réactions plus complexes qui peuvent coder pour des fonctions étendues. "Les recherches futures se concentreront sur une solution complète de calcul de l'ADN avec des algorithmes d'ADN et des systèmes de stockage d'ADN, " dit le Dr Song.