更快的DNA邏輯

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微軟多年來一直對DNA計算的潛力非常感興趣。 微軟研究人員去年為DNA數據存儲創下了紀錄。（其記錄今年被打破）。

現在，微軟正在把注意力轉移到DNA計算的另一半上--處理器。微軟的研究人員與華盛頓大學的科學家合作，找到一種使用DNA分子創建超快速計算的方法。

在自然納米科學雜誌上所述的研究中，科學家已經開發了一種在DNA摺紙表面上以規律間隔空間組織DNA分子的方法。該表面基本上是一堆DNA鏈，它們已被摺疊成與日本摺紙藝術類似的方式。結果提供了一種創建DNA邏輯門和它們的互連的新方法。

這些納米級計算電路由合成DNA製成，稱為「DNA多米諾骨牌」電路。 他們由幾種不同的合成DNA組成。例如，傳輸線由DNA鏈的髮夾環組成，其一端與摺紙表面相混合，當「輸入」和「燃料」DNA鏈被澆注時，它們破壞傳輸線股線中的環路並且迫使它們與其相鄰的股線一個接一個地彎曲並與之相連，如多米諾骨牌下降，直到它們形成一行基質上的DNA。

他們使用這些傳輸線和其他結構來形成具有兩個輸入的AND和OR門。研究人員能夠通過將這些基本門連接在一起來形成更複雜的電路。

微軟生物計算組組長安德魯·菲利普斯（Andrew Phillips）在接受IEEE Spectrum的電子郵件採訪時說：「設備的分子組件在空間上彼此靠近。 「在我們的例子中，分子組是DNA鏈，它們通過將它們連接到作為一種分子面板的DNA摺紙晶片來固定。

在過去，大多數DNA計算設備主要由化學湯中自由擴散的DNA鏈組成。 由於所有的股線都是自由擴散的，所以它們可以隨機地相互碰撞並相互干擾。

「在我們的例子中，設備的組件彼此靠近並且被分子面板保持在適當位置，使得它們更有可能與其直接鄰居交互，而較低可能與更遠的地方的其他組件進行交互，這大大減少了干擾，「菲利普斯說。

「我們的設備仍然依賴於可擴散燃料分子的存在，因此它們不是完全局部化的，但是由於其他大多數組件都是局部化的，所以計算仍然遠遠快於所有組件都被高度擴散的系統。」菲利普斯說。

所有這種緊密的定位導致分子量計算比相對較慢的隨機擴散過程快得多，從幾小時提高到幾分鐘。 在研究中，科學家們測量了這些設備使用三個分子輸入在七分鐘內計算出一個邏輯AND，相比之下，具有可擴散組分的等效DNA電路用時四個小時。

這些設備的生產是相當可規模化的，因為它們利用自組裝，即分子自我組織。 菲利普斯說：「這些設備設計集成在DNA面板中，我們依靠面板的自組裝來精確定位相互作用的DNA組分。

研究人員的下一步將是通過增加DNA面板的大小來研究如何構建更大的電路。 這將需要先進的DNA摺紙技術。

菲利普斯補充說：「此外，我們計劃將這些設備與RNA等疾病生物標誌物接觸，以便計算邏輯可用於準確診斷某些病毒或癌症的存在，最初使用血液樣品，最終將在活細胞內」。

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