“DNA”一詞立即讓人想起包含我們所有遺傳信息的雙鏈螺旋。但是它的兩條鏈的各個單元是成對的分子，它們以選擇性的、互補的方式相互結合。事實證明，人們可以利用這種配對特性來執(zhí)行復雜的數(shù)學計算，這構成了 DNA 計算的基礎。
由于 DNA 只有兩條鏈，因此即使進行簡單的計算也需要使用不同的 DNA 組進行多次化學反應。在現(xiàn)有的大多數(shù)研究中，每個反應的 DNA 都是手動一個一個地添加到單個反應管中，這使得該過程非常繁瑣。微流控芯片由蝕刻在塑料等材料上的窄通道組成，提供了一種自動化過程的方法。但是，盡管有他們的希望，但使用微流控芯片進行 DNA 計算的探索仍然不足。
在最近的一篇文章中——于 2021 年 7 月 7 日在ACS Nano上在線提供并于 2021 年 7 月 27 日發(fā)表在該雜志的第 15 卷第 7 期中——來自韓國仁川國立大學 (INU) 的一組科學家提出了一種基于 DNA 的可編程可以由個人計算機控制以執(zhí)行 DNA 計算的微流控芯片。“我們希望基于 DNA 的 CPU 將在未來取代電子 CPU，因為它們消耗更少的電力，這將有助于全球變暖?；?DNA 的 CPU 還為深度學習解決方案和數(shù)學建模等復雜計算提供了平臺，”領導這項研究的 INU 的 Youngjun Song 博士說。
宋博士和團隊使用 3D 打印制造了他們的微流控芯片，該芯片可以執(zhí)行布爾邏輯，這是計算機編程的基本邏輯之一。布爾邏輯是一種真假邏輯，它比較輸入并根據(jù)所使用的操作類型或“邏輯門”返回“真”或“假”值。本實驗中的邏輯門由單鏈 DNA 模板組成。然后使用不同的單鏈 DNA 作為輸入。如果輸入 DNA 的一部分具有與模板 DNA 互補的 Watson-Crick 序列，它就會配對形成雙鏈 DNA。根據(jù)最終 DNA 的大小，輸出被認為是真還是假。
使設計的芯片與眾不同的是一個電動閥門系統(tǒng)，可以使用 PC 或智能手機進行操作。芯片和軟件設置共同構成了一個微流體處理單元 (MPU)。得益于閥門系統(tǒng)，MPU 可以進行一系列反應，以快速方便的方式執(zhí)行邏輯運算的組合。
這種基于 DNA 的可編程 MPU 的獨特閥門系統(tǒng)為更復雜的級聯(lián)反應鋪平了道路，這些反應可以編碼擴展功能。“未來的研究將集中在具有 DNA 算法和 DNA 存儲系統(tǒng)的整體 DNA 計算解決方案上，”宋博士說。
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