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科学家使用细菌细胞的DNA分子研制生物计算机0冷风扇

文章来源:南苑五金网  |  2022-08-25

科学家使用细菌细胞的DNA分子研制生物计算机

科学家使用细菌细胞的DNA分子研制生物计算机 2016年03月11日 来源: 据国外媒体报道,最近,英国科学家利用细菌细胞的DNA分子创建了数字设备的基本组成部分,使科学家在成功研制生物计算机方面又向前迈了一大步。

一些科学家认为,在未来,微小的生物计算机可以在我们的身体里漫游,监测健康状况,如果发现任何问题及时纠正。最近,伦敦帝国学院(Imperial College London )的研究人员已经证明,他们可以建立生物“逻辑门”(logic gates),这是微处理器的生物分子功能元件。所谓门就是一种开关,它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。英国科学杂志《自然通讯》(Nature Communications)将生物逻辑门描述为有史以来科学家创建的最先进的“生物电路”。

伦敦帝国学院生物工程学院的理查德?杰尼(Richard Kitney)教授说:“逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。没有它们,我们无法处理数字信息。现在,我们已经证明可以使用细菌和DNA复制这些零件,我们希望我们的研究工作可以引领新一代的生物处理器,其在信息处理中的应用,与电子逻辑门电路一样重要”。据悉,电子逻辑门电路是指实现基本和常用逻辑运算的电子电路,门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系),基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。

该研究小组称,虽然还有很长的路要走,这些生物逻辑门总有一天将成为微型生物计算机的构建模块。微型生物计算机可能包括动脉内的传感器,用于检测有害斑块的形成,并可以迅速前往发生病变的部位提供药物进行及时治疗。其它应用程序可能包括检测和摧毁身体内癌细胞的传感器,该传感器还可以监测体内环境,以及检测和清除砷等有毒物质。

以前的研究只是证明生物逻辑门可以研制出来。相比以前的尝试,该研究小组研制的生物逻辑门的优点是:它们的行为方式更像电子逻辑门。新生物逻辑门也是模块化的,这意味着它们可以被安装在一起,研制成不同类型的逻辑门,为未来建立更复杂的生物处理器铺平了道路。最基本的逻辑门是与门、或门和非门。

在一项实验中,研究人员发现生物逻辑门可以通过“打开”或“关闭”复制电子逻辑门产生信息的方式。研究人员利用人体内的大肠杆菌构建了一个实现“与”运算的“与门”(AND Gate),。该研究小组对大肠杆菌进行DNA的修改,重新设定程序,执行相同的开关的开启和关闭过程,当化学物质刺激时,其相当于电子逻辑门。

研究人员还能够证明生物逻辑门可以连接在一起,形成更复杂的组件,类似于电子逻辑门可以组合使用实现更为复杂的逻辑运算。在另一项实验中中,研究人员创建了一个实现“非”运算的“非门”(NOT gate),它与“与门”相结合,产生更复杂的“与非门”。

这项研究的下一阶段,你将看到该研究小组试图开发更复杂的生物电路,它由多个逻辑门组成。目前该研究小组所面临的挑战之一是,找到一种连接多个生物逻辑门的方式,类似于将电子逻辑门连接在一起,使它们进行复杂的处理方式。

据悉,生物计算机是以生物界处理问题的方式为模型的计算机,所以又称仿生计算机(bionic computer)。它的主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子,并以此作为生物芯片。生物计算机芯片本身还具有并行处理的功能,其运算速度要比当今最新一代的计算机快10万倍,能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。目前,生物芯片仍处于研制阶段,但在生物元件,特别是在生物传感器的研制方面已取得不少实际成果、这将会促使计算机、电子工程和生物工程这三个学科的专家通力合作,加快研究开发生物芯片。生物计算机的研制涉及计算机科学、脑科学、神经生物学、分子生物学、生物物理、生物工程、电子工程、物理学和化学等有关学科。生物计算机一旦研制成功,可能会在计算机领域内引起一场划时代的革命。

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