新的基于DNA的芯片可以编程来解决复杂的数学问题

DNA一词立即让人想起包含我们所有遗传信息的双链螺旋。但是它的两条链的各个单元是成对的分子，它们以选择性的、互补的方式相互结合。事实证明，人们可以利用这种配对特性来执行复杂的数学计算，这构成了DNA计算的基础。

由于DNA只有两条链，因此即使进行简单的计算也需要使用不同的DNA组进行多次化学反应。在现有的大多数研究中，每个反应的DNA都是手动一个一个地添加到单个反应管中，这使得该过程非常繁琐。微流控芯片由蚀刻在塑料等材料上的窄通道组成，提供了一种自动化过程的方法。但是，尽管有他们的希望，但使用微流控芯片进行DNA计算的探索仍然不足。

在2021年7月7日发表在ACSNano上的最近一篇文章中，来自韩国仁川国立大学(INU)的一组科学家提出了一种基于DNA的可编程微流控芯片，该芯片可以由个人计算机控制以执行DNA计算。“我们希望基于DNA的CPU将在未来取代电子CPU，因为它们消耗更少的能量，这将有助于应对全球变暖。基于DNA的CPU还为深度学习解决方案和数学建模等复杂计算提供了平台，”说领导这项研究的INU的YoungjunSong博士。

宋博士和团队使用3D打印制造了他们的微流控芯片，该芯片可以执行布尔逻辑，这是计算机编程的基本逻辑之一。布尔逻辑是一种真假逻辑，它比较输入并根据所使用的操作类型或“逻辑门”返回“真”或“假”值。本实验中的逻辑门包括单链DNA模板。然后使用不同的单链DNA作为输入。如果输入DNA的一部分与模板DNA具有互补的Watson-Crick序列，则它配对形成双链DNA。输出被认为是正确的或错误基于最终DNA的大小。

使设计的芯片与众不同的是一个电动阀门系统，可以使用PC或智能手机进行操作。的芯片和软件的建立一起形成微流体处理单元(MPU)。得益于阀门系统，MPU可以进行一系列反应，以快速方便的方式执行逻辑运算的组合。

这种基于DNA的可编程MPU的独特阀门系统为更复杂的级联反应铺平了道路，这些反应可以编码扩展功能。“未来的研究将集中在具有DNA算法和DNA存储系统的整体DNA计算解决方案上，”宋博士说。

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