生化電路

生化電路

美國加州理工學院研究人員利用人工合成的DNA(脫氧核糖核酸)分子,在試管中製成了迄今最複雜的生化電路。

電路簡介

生化電路是用來探索生物系統處理信息的原理。研究人員在最新一期《科學》雜誌上報告說,他們設計了多個電路,其中最大的一個包括74個不同的DNA分子,可以計算不超

生化電路生化電路

過15的整數的平方根,給出的答案是小於該平方根的最大整數。研究人員通過監測試管溶液中輸出信號分子的濃度讀取計算的答案。整個運算過程需要大約10個小時。[1]

電路特點

在傳統計算機中,積體電路的基本元件邏輯門由電晶體製成,但在這一新製成的生化電路中,邏輯門由短的單鏈DNA和部分雙鏈特徵DNA組成。電晶體以電子流入和流出電晶體作為信號,而DNA邏輯門以接收和發出分子作為信號。

套用範圍

設計具有決策能力的生化電路,可以幫助更好掌控套用於生物工程、化學工程以及生化工業中的分子反應。比如說在未來,一個設計合成的生化電路可以被放入臨床血液樣本中,檢測各種分子在樣本中的水平,然後根據這些信息作出病理學的診斷。

研究過程

“我們試圖借用已為電子世界帶來巨大成功的理念,例如對運算的抽象、編程語言以及編譯器,並將它們套用到分子生物的世界中,”論文第一作者、加州理工學院生物工程系博士後錢璐璐說。
此前在實驗室里製造的生化電路普遍具有局限性,因為當電路的規模增大時,工作的穩定性和可預測性也隨之降低。錢璐璐解釋說,造成這種局限性最可能的原因是,不同的電路功能需要用不同結構的分子元件來實現,這樣當電路變得越來越大時,其製造和調試的難度也隨之增加。在此次設計的新生化電路中,分子元件的結構非常簡單且標準化,運作穩定且容易升級。

套用前景

錢璐璐說,在計算機工業中,大家努力製造越來越好的計算機,“我們也在做相同的努力。我們要製造越來越好的生化電路來完成更加尖端的任務,讓分子設備根據它們的環境而行動。”

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