Программируемое вычислительное устройство на основе ДНК

30.09.2023

Китайские ученые достигли значительного прорыва в области биологических вычислений, создав программируемое вычислительное устройство, основанное на ДНК. Этот важный шаг приближает нас к созданию полноценного ДНК-компьютера.

Интегральные схемы, которые широко использовались в последние десятилетия, в большинстве своем представляют собой электронные и фотонные схемы, базирующиеся на полупроводниках. Однако использование генетического кода для вычислений, известное как редкоземельные схемы, представляет собой совершенно новую стратегию, которая может обеспечить массовый параллелизм в кодировании и выполнении алгоритмов.

Однако биологические молекулы обычно диффундируют и смешиваются в жидкостях, что затрудняет использование этой стратегии для общих вычислений.

Последние исследования продемонстрировали систему, включающую многослойные программируемые вентильные матрицы на основе ДНК (DPGA), способные решать квадратные уравнения.

Исследователи из Шанхайского университета, возглавляемые Цзяо Тонгом, создали устройство с тремя последовательными слоями DPGA, каждый из которых содержит 30 логических элементов и около 500 нитей ДНК. Эти слои работают в синхронизации для контроля случайных взаимодействий молекул.

Ученые отметили, что использование одноцепочечных полимеров, состоящих из небольшого числа нуклеотидов, в качестве однородных сигналов передачи, позволяет интегрировать крупномасштабные интегральные схемы с минимальными потерями и высокой точностью для общих вычислений.

Согласно исследованию, это устройство, снабженное аналого-цифровым преобразователем, может быть использовано для классификации микроДНК, связанных с различными заболеваниями.

<< Назад: Наушники проследят за здоровьем мозга и порекомендуют музыку для настроения 01.10.2023

>> Вперед: Новый магнитный материал для квантовых вычислений 30.09.2023

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Снег для Антарктиды 29.07.2019 В попытках спасти планету от глобального потепления ученые разрабатывают все более экстремальные стратегии. Вслед за гарвардскими учеными, которые предложили уменьшить нагревание Земли с помощью сульфатных аэрозолей, гляциологи из Университета Тасмании решили спасти ледники Антарктиды с помощью 74 триллионов тонн искусственного снега. Недавние исследования показали, что теплые воды океана подмывают прибрежные ледники Западной Антарктики, ускоряя их разрушение и сползание в воду. Если весь этот лед обрушится, уровень воды во всем мире поднимется примерно на 3 метра - для прибрежных городов это станет катастрофой. Чтобы это предотвратить, ученые предлагают укрепить ледники с помощью искусственного снега. Как показали результаты моделирования, разрушение ледников можно остановить, добавляя каждый год по 10 метров нового льда на протяжении 10 лет. Для образования такого количества льда в сумме потребуется 74 триллиона тонн искусственного снега, созданного из опресненной воды океана. Правда, реализовать такой план на практике будет нелегко. Для сравнения, сейчас самые высокопроизводительные машины искусственного снега делают по 20 тонн снега в минуту. Чтобы произвести 74 триллиона, им пришлось бы работать в течение 700 000 лет. Даже если удастся построить новые более мощные машины, им потребуется колоссальное количество энергии, к тому же "зеленой". Только для выкачки воды из океана нужно построить 12 тысяч ветряных турбин.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025