Nieuwe DNA-computer kan vierkantswortels van maximaal 900 berekenen

• Een computer gemaakt van DNA-strengen in een reageerbuis kan vierkantswortels vinden van vierkante getallen van 1 tot 900. 
• Hoewel het alleen voor gehele getallen werkt, is dit de meest geavanceerde DNA-computer tot nu toe.

Op dit moment produceren bedrijven als Intel en AMD in massaproductie transistors met een diameter van 10 nanometer - slechts 10 keer breder dan DNA-moleculen.

Er is echter een limiet aan hoe klein deze transistors kunnen worden. We zullen binnenkort een punt bereiken waarop we niet langer kunnen doorgaan met het maken van kleinere en efficiëntere elektronische apparaten.

Een van de veelbelovende alternatieven voor op silicium gebaseerde computertechnologieën is DNA-computing, waarbij gebruik wordt gemaakt van biochemie, DNA en moleculaire biologie. Het veld staat nog in de kinderschoenen, maar is veelbelovend voor het oplossen van problemen die bestaande computers niet aankunnen.

Tot nu toe hebben wetenschappers op DNA gebaseerde circuits gedemonstreerd die bestaan ​​uit tientallen logische poorten, die enkele logische basisfuncties kunnen uitvoeren. Ze zijn echter niet in staat om complexe wiskundige bewerkingen uit te voeren.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Rochester een computer ontwikkeld op basis van DNA-strengen in een reageerbuis, die de vierkantswortels van vierkante getallen (alleen gehele getallen) tot 900 kan berekenen.

Dit betekent dat het de vierkantswortel kan vinden van 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49…784, 841, 900. Dit wordt bereikt door DNA-sequenties te ontwerpen en DNA-strengverplaatsingsreacties te programmeren.

Referentie:Klein | DOI:10.1002/smll.201903489 

3 moleculaire bouwstenen

Om het 10-bit vierkantswortellogica-circuit te realiseren via verplaatsing van de DNA-streng, ontwikkelde het onderzoeksteam drie moleculaire bouwstenen.

1) Cognitieve module: Inputs zijn gecodeerd om een ​​of twee specifieke DNA-nano-indicatoren te herkennen. In eenvoudige bewoordingen wordt een getal op het DNA gecodeerd met behulp van een combinatie van 10 bouwstenen. De verschillende combinatie vertegenwoordigt verschillende nummers die zijn verbonden met een fluorescerende marker.

2) Biocomputing-module: 10-bit vierkantswortel wordt gerealiseerd met behulp van de hybridisatiereactie tussen verschillende invoercombinaties en reactieplatform. Het verandert het fluorescerende signaal. De vierkantswortel van het oorspronkelijke getal wordt dan uit de kleur gehaald.

3) Definitiemodule: Deze module is nodig om de uitgangen te drempelen met fluorescentiesignalen om de realisatie van het 10-bits vierkantswortellogica-circuit te demonstreren.

Het is ook mogelijk om de ingangssignalen te optimaliseren via de uitgangsfeedback. Dit verbetert de prestaties bij complexere logische bewerkingen.

Wat nu?

Deze DNA-computer biedt unieke structurele programmeerbaarheid van DNA en een krachtige database, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor de ontwikkeling van complexe computercircuits en nieuwe functionele apparaten.

Het onderzoeksteam zal dezelfde techniek gebruiken om analoge of digitale signalen te simuleren om een ​​breder scala aan vierkantswortelberekeningen uit te voeren, in plaats van alleen vierkantswortels van gehele getallen te berekenen.

Lezen: Microsoft heeft een volledig geautomatiseerde DNA-gegevensopslag gebouwd

Over het algemeen biedt de studie een meer universele manier voor toepassingen in bio-engineering en biotechnologie. En onderzoekers geloven dat DNA-computers uiteindelijk op silicium gebaseerde computers zullen vervangen voor massale gegevensverwerking en gecompliceerde berekeningen.