大家听说过超级计算机、量子计算机,但是,有一种特殊的计算机同样是未来计算机发展的一大方向,那就是DNA计算机。DNA计算机是一种生物形式的计算机。在DNA计算机内,计算不再是物理性质的符号变换,而是化学性质的符号变换,传统意义上的“加”、“减”操作也变成了化学性质的切割和粘贴、插入和删除。
DNA计算机由DNA分子电路组成,“输入”的是细胞质中的RNA、蛋白质以及其他化学物质,“输出”的则是很容易辨别的分子信号。与传统的计算机相同,DNA分子电路上也有“与”“或”“非”逻辑门(逻辑门是集成电路的基本组件)。微软与华盛顿大学的研究小组在DNA分子计算机的一个重要分支数据运算领域,联手找到了大幅提升DNA分子运算的方法,这将加快人们利用DNA计算机对体内基因突变或癌症检测和监控的脚步。
研究人员利用DNA折纸术形成DNA发卡结构的空间排列组织,以构建排列DNA分子逻辑门和信号传输线。所谓发卡结构,就是如果非子链和母链的两条DNA链碱基互补配对,就会出现有部分区域无法配对而突起的部位。它让DNA分子间的排列更加有序,更加模块化,同时每个DNA分子也相对“固定”了下来,就像固定的分子电路板一样。
与平日里的计算机不同,这些纳米层面上的计算机电路是由人造DNA构成的,被称为“DNA多米诺电路”——由不同的DNA链组成。这种DNA分子电路在工作过程中,电路上相邻的DNA链通过链上的发卡结构部位连接起来,并且一个一个接着相互反应作用下去,就像多米诺骨牌倒塌一样,直到反应完成,得到目标DNA链。
研究证明,无论是在不同长度还是不同方向的传输线上,这种结构的DNA分子电路都具备良好的信号传播能力。另外,逻辑门通过模块化的方式可以组合成常规的电路模式,同样也大大提高了DNA分子间的信息传输速度和稳定性。
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医药行业分析人士表示,以编码的DNA序列为运算对象建立的DNA计算机,具有实时探测和监控基因突变等细胞内一切活动的特征信息,确定癌细胞等病变细胞等功能,DNA计算机真正进入现实生活尚需时日,建造一台成熟的DNA计算机仍需要花费时间和精力去探索。
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