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美利用人工合成的DNA制成迄今最复杂生化电路
时间:2011-08-03 15:07:05    来源:    浏览次数:    科技首页    我来说两句()

美国加州理工学院研究人员利用人工合成的DNA(脱氧核糖核酸)分子,在试管中制成了迄今最复杂的生化电路。研究人员说,设计这样的电路,目的并非要与电子计算机竞争,而是用来探索生物系统处理信息的原理。

  在传统计算机中,集成电路的基本元件逻辑门由晶体管制成,但在这一新制成的生化电路中,逻辑门由短的单链DNA和部分双链特征DNA组成。晶体管以电子流入和流出晶体管作为信号,而DNA逻辑门以接收和发出分子作为信号。

  研究人员在最新一期《科学》杂志上报告说,他们设计了多个电路,其中最大的一个包括74个不同的DNA分子,可以计算不超过15的整数的平方根,给出的答案是小于该平方根的最大整数。研究人员通过监测试管溶液中输出信号分子的浓度读取计算的答案。整个运算过程需要大约10个小时。

  研究人员表示,设计具有决策能力的生化电路,可以帮助更好掌控应用于生物工程、化学工程以及生化工业中的分子反应。比如说在未来,一个设计合成的生化电路可以被放入临床血液样本中,检测各种分子在样本中的水平,然后根据这些信息作出病理学的诊断。

  “我们试图借用已为电子世界带来巨大成功的理念,例如对运算的抽象、编程语言以及编译器,并将它们应用到分子生物的世界中,”论文第一作者、加州理工学院生物工程系博士后钱璐璐说。

  此前在实验室里制造的生化电路普遍具有局限性,因为当电路的规模增大时,工作的稳定性和可预测性也随之降低。钱璐璐解释说,造成这种局限性最可能的原因是,不同的电路功能需要用不同结构的分子元件来实现,这样当电路变得越来越大时,其制造和调试的难度也随之增加。在此次设计的新生化电路中,分子元件的结构非常简单且标准化,运作稳定且容易升级。

  钱璐璐说,在计算机工业中,大家努力制造越来越好的计算机,“我们也在做相同的努力。我们要制造越来越好的生化电路来完成更加尖端的任务,让分子设备根据它们的环境而行动。”

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