Forskere gjorde DNA til logiske porter: et skritt mot kjemiske datamaskiner

Et team av forskere ledet av forskere fra Caltech University var i stand til å ta et lite, men betydelig skritt i utviklingen av fritt programmerbare kjemiske datamaskiner. Som grunnleggende beregningselementer i slike systemer brukes sett med DNA, som ved sin naturlige essens har evnen til å selvorganisere og vokse. Alt som trengs for at DNA-baserte datasystemer skal fungere er varmt, brakkvann, en vekstalgoritme kodet i DNA, og et grunnleggende sett med DNA-sekvenser.

Forskere gjorde DNA til logiske porter: et skritt mot kjemiske datamaskiner

Til nå har "databehandling" med DNA blitt gjort strengt tatt ved bruk av en enkelt sekvens. Dagens metoder var ikke egnet for vilkårlige beregninger. Forskere fra Caltech var i stand til å overvinne denne begrensningen og presenterte en teknologi som kan utføre vilkårlige algoritmer ved å bruke ett grunnleggende sett med betinget logiske DNA-elementer og et utvalg av 355 grunnleggende DNA-sekvenser som er ansvarlige for "beregnings"-algoritmen - en analog av datainstruksjoner. Et logisk "frø" og et sett med "instruksjoner" introduseres i saltoppløsningen, hvoretter beregningen begynner - sammenstillingen av sekvensen.

Forskere gjorde DNA til logiske porter: et skritt mot kjemiske datamaskiner

Grunnelementet eller "frøet" er en DNA-fold (DNA-origami) - et nanorør 150 nm langt og 20 nm i diameter. Strukturen til "frøet" forblir praktisk talt uendret uavhengig av algoritmen som vil bli beregnet. Periferien til "frøet" er dannet på en slik måte at på slutten begynner samlingen av DNA-sekvenser. Den voksende DNA-strengen er kjent for å være satt sammen fra sekvenser som samsvarer med de foreslåtte sekvensene i molekylstruktur og kjemisk sammensetning, og ikke tilfeldig. Siden periferien til "frøet" er representert i form av seks betingede porter, hvor hver port har to innganger og to utganger, begynner veksten av DNA å adlyde en gitt logikk (algoritme) som, som nevnt ovenfor, er representert av et gitt sett med DNA-sekvenser på 355 grunnleggende sekvenser plassert i et løsningsalternativ.

Under eksperimenter viste forskere muligheten for å utføre 21 algoritmer, inkludert å telle fra 0 til 63, velge en leder, bestemme divisjon med tre og andre, selv om alt ikke er begrenset til disse algoritmene. Beregningsprosessen fortsetter trinn for trinn, ettersom DNA-trådene vokser på alle seks utganger av "frøet". Denne prosessen kan ta fra én til to dager. Å lage et "frø" tar betydelig mindre tid - fra en time til to. Resultatet av beregningene kan sees med egne øyne under et elektronmikroskop. Røret utfolder seg til et bånd, og på båndet, ved plasseringen av hver "1"-verdi på DNA-sekvensen, festes et proteinmolekyl som er synlig under et mikroskop. Nuller er ikke synlige gjennom et mikroskop.

Forskere gjorde DNA til logiske porter: et skritt mot kjemiske datamaskiner

Selvfølgelig, i sin presenterte form, er teknologien langt fra å utføre fullverdige beregninger. Så langt er det som å lese et bånd fra en teletype, strukket ut over to dager. Imidlertid fungerer teknologien og gir mye rom for forbedring. Det ble klart i hvilken retning vi kan bevege oss, og hva som må til for å bringe kjemiske datamaskiner nærmere.




Kilde: 3dnews.ru

Legg til en kommentar