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第00006版:文教科卫新闻
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2006年5月12日     收藏 打印 推荐 朗读 评论 更多功能 
上海科学家构建出新型“DNA逻辑门”
DNA分子有望成未来超级计算机
  本报讯 据文汇报报道 把生命体想象成一台充满精密计算的超级计算机,其实不难;若要使这台计算机按照人为指令进行一系列复杂计算,则注定要引发一场革命。近日,上海交大Bio-X中心与中科院上海应用物理研究所的研究人员利用一种特殊的DNA结构,设计出一类新型的“DNA逻辑门”。有了它,DNA分子就有可能像电子计算机一样,以二进制的方式进行各种逻辑运算。

  在电子计算机中,逻辑门是实现逻辑运算的基础,通常由晶体管构成。一高一低的两股电流在通过这“扇”门后,会产生“高”与“低”的两种信号,分别代表逻辑上的“真”与“假”,或二进制中的“0”和“1”。

  此次,上海科学家将这“扇”至关重要的逻辑门“安装”在了一种特殊的生物反应过程中,门的“材质”是一种具有催化功能的核酸结构,名叫“DNA核酶”。这种具有锤头结构的核酶能够在铜离子的辅助下催化氧化并切割DNA,科学家将“切”与“不切”两种指令分别定义为逻辑上的“是”与“非”,或二进制中的“0”和“1”,一扇通往各种复杂运算的逻辑门由此建立。这意味着,从理论上说,目前电子计算机上进行的所有运算都能通过这种生物反应来实现,而这就是DNA计算的雏形之一。

  由于DNA分子能同时进行大量的生化反应,所以DNA计算机在结构上是超大规模的并行计算,将有可能解决一些电子计算机难以完成的复杂问题。同时,DNA计算机的“内存”将十分强大——1立方分米的DNA溶液可以存储1万亿亿位二进制数据,超过目前所有计算机的储存容量;十几个小时的DNA计算,相当于所有电子计算机问世以来的总运算量,而其能量消耗却只有电子计算机的十亿分之一。

  当然,DNA计算机不仅仅是电子计算机的一个补充,科学家们期望某一天能将它装在药物的前端,像智能芯片一样注入人体,定时、定向地杀死病毒或修复正常细胞。尽管如此,DNA逻辑门的成功构建,还只是跨出了通往DNA计算机的一小步。事实上,DNA计算机的研制是一项浩大的工程,它的诞生有待于几代科学家的艰苦攻关,而非一朝一夕的事情。从目前的技术发展看,DNA计算机离商用还十分遥远。

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