新发明！DNA计较机证实化学编程指日可待
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单细胞操作本身的 DNA 举办破碎、繁殖和分化，从而发生一个发育完全的生物体，这可谓是化学计较中最奇妙隐秘的举动。本周，《天然》(Nature)杂志颁发研究陈诉称，计较机科学家制作了第一台可普及编程的 DNA 计较机，朝着操作化学计较的路途上迈出了至关重要的一步。 图片来自 Erik Winfree/Caltech 该体系操作 DNA 编写的指令来执行差异的 6 位措施。早年的 DNA 计较机本质上都是定制的体系，只可以或许办理特定的题目。但此刻，研究职员用新体系来执行 21 个测试措施。在可编程物质中，化学软件会自动指导具有伟大、可编程纳米原料的构建。固然仅由 DNA 和盐水构成的新体系自己不敷以成为科技应用，，可是，它让自组装可编程物质的成长更进了一步。这项研究首要在加州理工学院(Caltech)举办。研究认真人、计较机科学和生物工程学传授埃里克·温弗里(Erik Winfree)表明说，新体系的缔造者“试图找出将计较举动嵌入化学的方法，从而节制化学的举动”。 DNA 会形成一个由两条长链构成的梯状布局，每条链都有四种化学物质。这台计较机的道理就在于:单链 DNA 会因化学序列的互补性和其他 DNA 链配对。加州理工学院的研究小组将他们的 DNA 序列计划成相同于2-输入/2-输出布尔逻辑门。这些门中的五个被毗连成一个层，用 6 个输入和 6 个输出执行所需的计较。可是仅仅一层不能完成计较。相反，一系列成果沟通的层，个中一个层的输出毗连到另一个层的输入，迭代地执行计较，直到获得一个谜底。我们可以这么领略：跟着一层又一层的毗连，算法最后编织了一个包括计较进程的纳米级围巾。 温弗里（Winfree）和他的团队把这些电路抽象地想象成四方形的瓦片，瓦片双方都有牢靠装置，只应承它们毗连到带有互补装置的瓦片上，就像拼图。计较机的全套指令由 355 种差异范例的瓦片构成。现实上，每块瓦片上并非 1 条 DNA 单链而是 4 条，这样就增进了足够的余地来降服意想不到的错误。 为了使计较有序举办（本质上是合成一种可以计较的晶体），研究职员必要某种既可以作为出发点，又能承载 DNA 举办组装的布局。达米安·伍兹(Damien Woods)曾从事 DNA 计较机研究，此刻就职于爱尔兰的梅努斯大学。他说，“我们想让 DNA 有序地毗连在一路形成回路，而不是像在溶液里一样随机粘在一路。这种 DNA 行使了一种叫做 DNA 折纸的技能，计划成一个长 150 纳米，宽 20 纳米的纳米管。计较晶体在纳米管长举办组装，方法相同于冰糖在裹着糖衣的绳子上结晶。
图片来自 Damien Woods/Maynooth University 想要在这台 6 位 DNA 计较机上运行一个措施，起首必要一个自界说编译器。“大量的设法和科学会投入到编译器中，”伍兹如是说道。它应承研究职员编写任何他们想要的软件算法，并通过各类抽象条理将算法转换为:逻辑到块、块到纠错子块、子块到 DNA 序列等等。最后，它发生了一个指南，即指导 DNA 序列添加的内容、时刻、以及温度。DNA 折纸纳米管必要一到两个小时的时刻来合成，而完成计较则必要一天阁下的时刻。(温弗里指出，速率从来都不是重点。) 对付 Winfree 来说，这一功效是其职业生活的一大前进。“对我来说，这是一段相等长的路要走，”他说。约莫 25 年前，当他照旧一名研究生时，他对数学瓦片理论和理论计较机科学之间的奇奥接洽发生了乐趣，他想知道这种接洽是否可以扩展到描写晶体发展的模子上。“这让我很是好奇，伪晶体是否会在发展进程中举办计较。“此刻我们知道他们可以。 本文编译自 IEEE Spectrum 【编辑保举】
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