中國研製出DNA邏輯閘 DNA計算機關鍵技術獲突破(轉)

中國研製出DNA邏輯閘 DNA計算機關鍵技術獲突破(轉)[@more@]來源: 中國科學院網站

上海應用物理研究所利用特定的DNA結構——DNA核酶可以構建各種DNA分子邏輯閘，這為DNA計算機的發展奠定了基礎。

在國家自然科學基金委、中國科學院、科技部和上海市科委的支援下，中科院上海應用物理研究所的樊春海研究員與上海交通大學Bio-X中心的賀林院士、張治洲教授（現為天津科技大學教授）透過深入的學科交叉與合作，應用DNA核酶研製成功一類新型的“DNA邏輯閘”。雖然DNA計算未來潛力無窮，但是當前仍然有許多瓶頸技術和基礎問題需要解決，其中基於DNA分子的邏輯閘就是實現DNA計算的一個重要基礎。相關研究結果已發表在日前出版的著名化學雜誌《德國應用化學》上。

DNA計算是電腦科學和分子生物學相結合而發展起來的新興研究領域。由於DNA分子具有強大的並行運算和超高的儲存能力，DNA計算將可能解決一些電子計算機難以完成的複雜問題，而且也可能在體內藥物傳輸或遺傳分析等領域發揮重要作用。雖然DNA計算未來潛力無窮，但是當前仍然有許多瓶頸技術和基礎問題需要解決，其中基於DNA分子的邏輯閘就是實現DNA計算的一個重要基礎。

DNA核酶是一種透過體外進化篩選出來的具有特定酶活性的核酸結構，在該項研究中採用的是具有DNA水解酶活性的DNA核酶。這種具有錘頭狀結構的核酶可以在銅離子輔助下催化氧化並切割底物DNA。DNA邏輯閘即是在這種DNA核酶結構基礎上透過模組設計(modular design)研製出來的。輸入訊號透過特定的生物分子感測可以產生輸出訊號，從而實現“YES”、“NOT”等邏輯判斷，並可以組合成複雜的三輸入邏輯閘“AND(A, NOT(B), NOT(C))”。“NOT”與“AND(A, NOT(B), NOT(C))”的組合是一套通用運算子號，因此，理論上圖靈機的所有運算均可以透過其組合而實現。該邏輯閘系統的新特色在於排除以往DNA邏輯閘設計中RNA核苷的參與，僅單純應用DNA分子，從而避免了RNA核苷帶來的系統不穩定性。相關研究結果已發表在3月出版的著名化學雜誌《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 1759.)。