Область вычислений ДНК стремительно развивается с тех пор, как она была впервые предложена почти 30 лет назад. Но большинство процессов вычисления ДНК по-прежнему осуществляются вручную. Но ученые из Национального университета Инчхон, Корея, нашли способ автоматизации вычислений ДНК, разработав уникальный чип, которым можно управлять с помощью персонального компьютера.
Известно, что термин ” ДНК ” вызывает в памяти двухцепочечную спираль, которая содержит всю генетическую информацию. Но отдельные звенья двух нитей представляют собой пары молекул, связанных друг с другом избирательным, взаимодополняющим образом. Оказывается, можно воспользоваться этим свойством спаривания для выполнения сложных математических вычислений, и это составляет основу вычислений ДНК.
Поскольку ДНК состоит всего из двух нитей, для выполнения даже простого вычисления требуется несколько химических реакций с использованием разных наборов. В большинстве существующих исследований ДНК для каждой реакции добавляется вручную, одна за другой, в одну реакционную пробирку, что делает процесс очень громоздким.
А микрофлюидные чипы, состоящие из узких каналов, выгравированных на таком материале, как пластик, предлагают способ автоматизации процесса.
В статье, опубликованной в Интернете в ACS Nano, команда ученых представляет программируемый микрожидкостный чип, которым можно управлять с помощью персонального компьютера для выполнения расчетов ДНК.
“Мы надеемся, что в будущем процессоры на основе ДНК заменят электронные, потому что они потребляют меньше энергии, что поможет справиться с глобальным потеплением. Процессоры на основе ДНК также предоставляют платформу для сложных вычислений, таких как решения для глубокого обучения и математическое моделирование”, – рассказывает доктор Янджун Сон из INU, который руководил исследованием.
Сообщается, что команда использовали 3D-печать для изготовления микрофлюидного чипа, который может выполнять логическую логику, одну из фундаментальных логик компьютерного программирования. Логическая логика – это тип логики истинности или ложности, которая сравнивает входные данные и возвращает значение “истинно” или “ложно” в зависимости от типа используемой операции или “логического элемента”. Логический элемент в этом эксперименте состоял из одноцепочечного шаблона ДНК. Затем в качестве входных данных использовались различные одноцепочечные ДНК. Если часть входной ДНК имела комплементарную последовательность Уотсона-Крика к ДНК-шаблону, она соединялась, образуя двухцепочечную ДНК. Результат считался истинным или ложным в зависимости от размера конечной ДНК.
Что делает разработанный чип необычным, так это система клапанов с приводом от двигателя, которой можно управлять с помощью ПК или смартфона. Чип и программное обеспечение вместе образуют блок микрожидкостной обработки (MPU). Благодаря системе клапанов MPU может выполнять серию реакций для быстрого и удобного выполнения комбинации логических операций.
