來自加州理工學(xué)院的研究人員聲稱他們成功的研發(fā)出了世界上最大的以DNA(脫氧核糖核酸)為基礎(chǔ)的計算電路。他們說利用該技術(shù)可以很容易地研發(fā)出更為復(fù)雜的DNA計算機。這種新技術(shù)的研究是由美國國家科學(xué)基金會資助的，這是向用標(biāo)準(zhǔn)信息處理技術(shù)來控制生物系統(tǒng)進(jìn)軍的重要一步?！?/p>

　　在不久的將來，DNA計算機可以執(zhí)行像當(dāng)今以硅為基礎(chǔ)的普通計算機所做的邏輯計算功能。但DNA計算機可以變得更小，更容易與人體等生物系統(tǒng)結(jié)合。例如，生物電路可以直接嵌入在細(xì)胞或組織內(nèi)以用來發(fā)現(xiàn)和治療疾病?！?/p>

　　加州理工學(xué)院的研究人員Erik　Winfree和Lulu　Qian在6月3日的Science上發(fā)表他們的工作成果。一位杜克大學(xué)計算機科學(xué)教授John　Reif認(rèn)為，雖然該論文基本上還屬于基礎(chǔ)技術(shù)層面，但他們采用的這種方法標(biāo)志著以DNA為基礎(chǔ)的計算機又取得了重要的進(jìn)展?！?/p>

　　雖然之前已經(jīng)有簡單的DNA計算系統(tǒng)，但是這個示范系統(tǒng)比迄今為止其它的原型都要復(fù)雜?！?/p>

　　研究人員組成了130個人工合成的DNA鏈，這些不同的DNA鏈可組建成邏輯電路。利用這些基本原材料，他們創(chuàng)造出了一個由74分子組成的四位電路，它可以完成1到15之間的開方計算?！?/p>

　　在他們的研究中，DNA的多層鏈被用來做成生物邏輯門，可以執(zhí)行基本的布爾運算，例如AND(與)、OR(或)，甚至可以執(zhí)行類似當(dāng)今晶體管計算機處理器執(zhí)行的NOR(異或)運算。就像基于硅集成電路一樣，這些分子邏輯門可以產(chǎn)生二元變量：利用“打開”或“關(guān)閉”來表示信號，并以此作為輸入的二進(jìn)制信號。　

　　該計算機利用DNA序列的結(jié)合和復(fù)制來進(jìn)行計算操作。一種解決方案是預(yù)先設(shè)計的DNA分子都沉浸在試管中，當(dāng)它們彼此接觸時可以結(jié)合并產(chǎn)生新的DNA分子，反過來可以連接到其它的DNA鏈，由此產(chǎn)生了邏輯鏈。研究人員還開發(fā)出了編譯器，它可以映射用戶操控DNA電路的邏輯運算?！?/p>

　　這項工作是繼2006年試驗的延續(xù)，當(dāng)時采用的DNA分子總數(shù)達(dá)到了12個。在此后的研究中，研究人員集中解決了讓使用過程中更簡單、更可靠的問題，這些問題的解決也是DNA基礎(chǔ)系統(tǒng)實用化的前提?！?/p>

　　John　Reif認(rèn)為上述研究人員的研究成果具有許多優(yōu)點，其中之一就是具有簡單可行性：用來進(jìn)行DNA編碼所需的生化反應(yīng)是行之有效的，并且整個過程本身也是可擴展的，這意味著它可以作為大型系統(tǒng)一個極為重要的基礎(chǔ)?！?/p>

　　John　Reif也指出了一些不足之處，其中一個是計算速度：一個邏輯門的執(zhí)行時間在30到60分鐘之間，執(zhí)行一個4位數(shù)的平方根可能需要長達(dá)10個小時?！?/p>

　　然而研究人員認(rèn)為，這種運算速度慢的問題是可以克服的。Erik　Winfree解釋說，如果允許提高濃度并且改進(jìn)分子成分就可以減少串?dāng)_和泄漏可能。上述假設(shè)如果確實有效的話運算速度可加快10到100倍。