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ＤＮＡ分子組成的Z復雜生化電路誕生
點擊次數：1046 發布時間：2013-8-21
美國科學家使用DNA分子，在一個試管中構造出了迄今zui復雜的生化電路。科學家表示，這些電路可用來探測生物系統內部信息處理的基本原理，也可用來設計具有決策能力的生物化學路徑等。相關研究發表在6月3日出版的《科學》雜志上。
邏輯門是使計算機在正確的時間做出正確行動的數字邏輯電路的基本組成元件。傳統計算機中的邏輯門由電子晶體管制成，導線將它們連在一起形成電路。而加州理工學院生物工程系博士后錢璐璐和同事埃瑞克·溫弗利教授的生化電路，其邏輯門則由裝滿鹽水的試管內的DNA分子組成。與電子電路中以電子流入和流出晶體管作為信號不同，用DNA制成的邏輯門將接收和發出分子作為信號，這些分子信號從一個特定的邏輯門漫游到另一個，好似有無形的導線將其連在一起組成電路。
錢璐璐解釋道，此前實驗室的生化電路都有局限性，當電路增大時，其工作的穩定性和可預測性會隨之下降。因為不同的電路需要不同的分子結構來實現其功能，因此，電路越大，結構越復雜，調試難度也隨之增加。而新方法出的分子元件結構簡單且標準化、運作穩定也容易進行規模化的，可以出更大更復雜且運行穩定的電路。
錢璐璐和溫弗利用新方法出了幾個電路，其中zui大的一個包含有74個不同的DNA分子，可以計算不超過15的整數的平方根。科學家們通過監測輸出分子的濃度獲取答案，整個計算過程耗時10小時，因此，它無法很快取代筆記本電腦。但這種電路的主要目標不是取代計算機，而是讓科學家更好地對生化過程進行邏輯控制。錢璐璐說：“我們想要出更加的生化電路來完成更加復雜的任務，讓分子設備根據具體環境做出行動。”
錢璐璐表示，他們的電路有幾個新特性。首先，所有邏輯門的結構都一樣，區別只在于DNA序列不同。因此，同一類元件可以連在一起，出任何電路。更重要的是，科學家們不需要了解電路背后的分子機制就可以出電路。另外，通過調整某些DNA分子的濃度，科學家們可改變邏輯門的功能。而且，這些組成元件可以即插即用，因此很容易重新組裝成不同的電路。
新研究讓科學家在設計應用于生物、化學工程的化學反應方面擁有了的掌控力。未來，人工合成的生化電路可探測血液樣本中各分子的濃度，并將信息整合后進行病理學診斷。