محاسبات در مقیاس نانو با استفاده از DNA - کی آنلاین

به گزارش گروه دانشگاه خبرنگاران،محاسبات با کمک DNA امکانات پیشرفته ای برای ذخیره سازی اطلاعات و محاسبات در مقیاس بزرگ در سطح نانو نشان داده است. با این حال، محاسبات پیچیده نیاز به اجزای پایدارتر و یک پلتفرم موثرتر دارد. برای رفع این مانع، تحقیقات نوی در مجله ACS Applied Materials and Interfaces منتشر شده است.

محاسبات با استفاده از DNA حوزه ای از علم است که مبتنی بر استفاده از مولکول های زیستی به عنوان عناصر ضروری محاسبات است. در طول دهه 1990، محققان توانایی استفاده از DNA برای ذخیره و پردازش را بررسی کردند. یک مطالعه اثبات اصل در سال 1994 از طریق لئونارد ادلمن انجام شد، که اولین کامپیوتر مبتنی بر DNA را ساخت و با نشان دادن امکان استفاده از آن برای حل مسائل ریاضی، مانند مسئله راستا همیلتون، گامی در این راستا برداشت.

جالب توجه است که در نتیجه این تحقیق، علاقه محققان به جایگزینی سیلیکون با DNA برای استفاده در کامپیوتر ها افزایش یافت. استفاده از DNA و ترکیبی از 1018 رشته DNA به طور بالقوه می تواند با سرعت 10000 برابر ابرکامپیوتر های پیشرفته فعلی کار کند. با این حال، به دلیل مسائل ذاتی، استفاده از کامپیوتر های مبتنی بر DNA پیشرفت کندی داشته است.

محاسبات DNA را می توان به دو روش اصلی دسته بندی کرد، شامل (i) مدار های DNA خالص و (ii) مدار های DNA که به آنزیم ها و پروتئین ها وابسته هستند.

مدار های DNA خالص این مزیت را دارند که می توانند برای طیف گسترده ای از کاربرد ها استفاده شوند. با این حال، این دسته از محاسبات DNA دارای نیاز طراحی بالاتری هستند.

در مقابل، طراحی مدار های DNA که به آنزیم ها و پروتئین ها وابسته هستند آسان تر است، اما در عین حال این مدار ها نیازمند شرایط آزمایشی سخت گیرانه ای هستند که سرعت محاسبات پایین تری ارائه می کنند و بنابراین می توانند توسعه مدار های DNA را محدود کند.

یک گیت منطقی شامل یک دستگاه فیزیکی با یک تابع بولی زیربنایی است که امکان اجرای یک عملیات منطقی را فراهم می کند و یک خروجی باینری واحد با یک یا چند ورودی باینری تولید می کند.

جابجایی رشته DNA، که به دمای ذوب بین رشته های DNA بستگی دارد، زیربنای بیشتر دروازه های منطقی بولی مدار های DNA خالص است، و این یک واکنش رقابتی بین رشته های ورودی و خروجی است.

موانع مختلف مرتبط با این استفاده می تواند شامل واکنش های احتمالی ناقص یا نشتی باشد که به دلیل کنترل نشدن دقیق دمای واکنش رخ دهد. سایر اثرات ناشی از این راستا نیز می تواند منجر به افزایش بار واکنش و همچنین سایر عوارض جانبی غیرمنتظره شود.

این چالش ها منجر به نیاز برای طراحی بهتر مدار های DNA شده است که قادر به کار در محدوده دما های مختلف از جمله دمای اتاق هستند. برای پرداختن به این مسائل، محققان طراحی پایدارتری از گیت های منطقی را پیشنهاد کرده اند که بر اساس ساختار DNA سه رشته ای دو رشته ای (T-dsDNA) است. در این تحقیق از نانومدار های DNA استفاده شده است و توانست محاسبات را در یک دستگاه تراشه میکروسیال در دمای اتاق انجام دهد.

محققان می گویند که یک محاسبات ایده آل DNA باید در یک سلول کوچک در دمای اتاق انجام شود، نه در یک لوله آزمایش با ابزار PCR فلورسنت، زیرا این کار می تواند کارایی و سرعت عملیاتی آن را محدود کند.

استفاده از یک محاسبات DNA ایده آل، مانند این مطالعه نو، می تواند سرعت محاسباتی و وضوح سیگنال را بهبود بخشد. این تحقیق نو امکان استفاده از تراشه های میکروسیال مدولار را در ترکیب های محاسباتی مختلف فراهم می کند و این موضوع می تواند مسئله خطای افزودن نمونه مصنوعی را از بین ببرد.