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DNA计算机的研究取得最新进展

2011-06-24 15:18:00 来源: 中国经济网 举报
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来自加州理工学院的研究人员声称他们成功的研发出了世界上最大的以DNA(脱氧核糖核酸)为基础的计算电路。他们说利用该技术可以很容易地研发出更为复杂的DNA计算机。这种新技术的研究是由美国国家科学基金会资助的,这是向用标准信息处理技术来控制生物系统进军的重要一步。

    在不久的将来,DNA计算机可以执行像当今以硅为基础的普通计算机所做的逻辑计算功能。但DNA计算机可以变得更小,更容易与人体等生物系统结合。例如,生物电路可以直接嵌入在细胞或组织内以用来发现和治疗疾病。

    加州理工学院的研究人员Erik Winfree和Lulu Qian在6月3日的Science上发表他们的工作成果。一位杜克大学计算机科学教授John Reif认为,虽然该论文基本上还属于基础技术层面,但他们采用的这种方法标志着以DNA为基础的计算机又取得了重要的进展。

    虽然之前已经有简单的DNA计算系统,但是这个示范系统比迄今为止其它的原型都要复杂。

    研究人员组成了130个人工合成的DNA链,这些不同的DNA链可组建成逻辑电路。利用这些基本原材料,他们创造出了一个由74分子组成的四位电路,它可以完成1到15之间的开方计算。

    在他们的研究中,DNA的多层链被用来做成生物逻辑门,可以执行基本的布尔运算,例如AND(与)、OR(或),甚至可以执行类似当今晶体管计算机处理器执行的NOR(异或)运算。就像基于硅集成电路一样,这些分子逻辑门可以产生二元变量:利用“打开”或“关闭”来表示信号,并以此作为输入的二进制信号。

    该计算机利用DNA序列的结合和复制来进行计算操作。一种解决方案是预先设计的DNA分子都沉浸在试管中,当它们彼此接触时可以结合并产生新的DNA分子,反过来可以连接到其它的DNA链,由此产生了逻辑链。研究人员还开发出了编译器,它可以映射用户操控DNA电路的逻辑运算。

    这项工作是继2006年试验的延续,当时采用的DNA分子总数达到了12个。在此后的研究中,研究人员集中解决了让使用过程中更简单、更可靠的问题,这些问题的解决也是DNA基础系统实用化的前提。

    John Reif认为上述研究人员的研究成果具有许多优点,其中之一就是具有简单可行性:用来进行DNA编码所需的生化反应是行之有效的,并且整个过程本身也是可扩展的,这意味着它可以作为大型系统一个极为重要的基础。

    John Reif也指出了一些不足之处,其中一个是计算速度:一个逻辑门的执行时间在30到60分钟之间,执行一个4位数的平方根可能需要长达10个小时。


    然而研究人员认为,这种运算速度慢的问题是可以克服的。Erik Winfree解释说,如果允许提高浓度并且改进分子成分就可以减少串扰和泄漏可能。上述假设如果确实有效的话运算速度可加快10到100倍。(中国贸促会电子信息行业分会供稿   编译:陈禹)

    译自:2011年6月2日【美国】computerworld 
    

netease 本文来源:中国经济网 责任编辑:王晓易_NE0011
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