تیمی از دانشمندان به سرپرستی محققان دانشگاه کلتک توانستند گامی کوچک اما قابل توجه در توسعه کامپیوترهای شیمیایی با قابلیت برنامه ریزی آزادانه بردارند. به عنوان عناصر محاسباتی اساسی در چنین سیستم هایی، از مجموعه هایی از DNA استفاده می شود که با ذات طبیعی خود توانایی خود سازماندهی و رشد را دارند. تنها چیزی که برای کارکرد سیستم های محاسباتی مبتنی بر DNA نیاز است، آب گرم و شور، یک الگوریتم رشد کدگذاری شده در DNA و مجموعه ای اساسی از توالی های DNA است.
تا به حال، "محاسبات" با DNA صرفاً با استفاده از یک توالی واحد انجام شده است. روش های فعلی برای محاسبات دلخواه مناسب نبودند. دانشمندان از Caltech توانستند بر این محدودیت غلبه کنند و فناوری ارائه کردند که می تواند الگوریتم های دلخواه را با استفاده از یک مجموعه اساسی از عناصر DNA منطقی شرطی و نمونه ای از 355 توالی DNA اساسی که مسئول الگوریتم "محاسبه" هستند - یک آنالوگ از دستورالعمل های کامپیوتری، اجرا کند. یک "دانه" منطقی و مجموعه ای از "دستورالعمل ها" به محلول نمکی وارد می شود، پس از آن محاسبه شروع می شود - مونتاژ دنباله.
عنصر اصلی یا "دانه" یک چین DNA (اریگامی DNA) است - یک نانولوله به طول 150 نانومتر و قطر 20 نانومتر. ساختار "دانه" بدون توجه به الگوریتمی که محاسبه خواهد شد تقریباً بدون تغییر باقی می ماند. حاشیه "دانه" به گونه ای تشکیل شده است که در انتهای آن مونتاژ توالی های DNA آغاز می شود. شناخته شده است که رشته در حال رشد DNA از توالی هایی که با توالی های پیشنهادی در ساختار مولکولی و ترکیب شیمیایی مطابقت دارند و نه به طور تصادفی، جمع می شوند. از آنجایی که حاشیه "دانه" به شکل شش دروازه مشروط نشان داده می شود، که در آن هر دروازه دارای دو ورودی و دو خروجی است، رشد DNA شروع به اطاعت از یک منطق (الگوریتم) معین می کند که همانطور که در بالا ذکر شد با نشان داده شده است. مجموعه ای معین از توالی های DNA متشکل از 355 توالی پایه که در یک گزینه محلول قرار گرفته اند.
در طی آزمایشات، دانشمندان امکان اجرای 21 الگوریتم از جمله شمارش از 0 تا 63، انتخاب رهبر، تعیین تقسیم بر سه و موارد دیگر را نشان دادند، اگرچه همه چیز به این الگوریتم ها محدود نمی شود. فرآیند محاسبه گام به گام پیش می رود، زیرا رشته های DNA در هر شش خروجی "دانه" رشد می کنند. این روند می تواند از یک تا دو روز طول بکشد. ساخت یک "دانه" زمان بسیار کمتری می برد - از یک ساعت تا دو. نتیجه محاسبات را می توان با چشمان خود زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده کرد. لوله به شکل یک نوار باز می شود و روی نوار، در مکان های هر مقدار "1" روی توالی DNA، یک مولکول پروتئین قابل مشاهده در زیر میکروسکوپ متصل می شود. صفرها با میکروسکوپ قابل مشاهده نیستند.
البته، در شکل ارائه شده، این فناوری از انجام محاسبات کامل فاصله دارد. تا اینجای کار مثل خواندن یک نوار از یک تله تایپ است که در طول دو روز کشیده شده است. با این حال، این فناوری کار می کند و فضای زیادی برای پیشرفت باقی می گذارد. مشخص شد که ما می‌توانیم به کدام سمت حرکت کنیم و برای نزدیک‌تر کردن رایانه‌های شیمیایی چه باید کرد.
منبع: 3dnews.ru