DNA-tietotekniikka tehostuu

12.03.2019

TU-e-DNA-laskenta-300-t.jpgKuvassa näkyviä vihreitä, tummansinisiä ja sinisi synteettisiä esisoluja käytetään DNA-viestintään ja -laskentaan. Esisolut sisältävät DNA-logiikkaportteja ja jäävät pienten pilariparien (harmaat kuviot) väliin mikrofluidilaitteessa.

DNA-molekyylejä voidaan potentiaalisesti ohjelmoida uudelleen auttaa tekemään hyödyllisiä asioita, kuten sairauksien havaitseminen ja lääkkeiden vapauttaminen. Mutta tähän asti tällainen DNA-tietotekniikka on ollut mahdotonta veressä, koska ihmisen entsyymit hajottavat molekyylit lähes välittömästi.

Biolääketieteen insinööri Tom de Greef Eindhovenin teknillisestä yliopistosta yhdessä tutkijoiden kanssa Radboudin ja Bristolin yliopistoista sekä Microsoft Researchista ovat ratkaisseet ongelman luomalla suojaan molekylaarisen koteloinnin, jossa he loivat toimivia DNA-pohjaisia laskennallisia piirejä.

Tietokoneiden tapaan DNA:sta valmistetut molekyylitietokoneet käyttävät DNA-säikeiden välisiä ohjelmoitavia vuorovaikutuksia DNA-tulojen ja -lähtöjen ohjailuun. DNA-tietokoneita voidaan ohjelmoida suorittamaan monimutkaista laskentaa molekyylidatasta ilman ihmisen väliintuloa.

Uusi lähestymistapa hyödyntää kapseleiden yhteisöjä ('proteinosomes'), jotka sisältävät monenlaisia DNA-molekyylejä. Yhdessä niitä voidaan käyttää molekyylien tunnistamiseen ja laskentaan ja mahdollisiin sovelluksiin in vitro -diagnostiikassa ja älykkäissä terapioissa.

DNA-tietokoneet ovat luonnostaan hitaita ja huonosti skaalautuvia, koska ne toimivat "kemiallisessa keitossa", jossa ne luottavat satunnaisiin diffuusioihin keskinäisessä vuorovaikutuksessaan ja suorittaessaan laskennallisia askeleita.

Lokeroinnin avulla lisätään DNA-molekyylien pitoisuutta kapseleiden sisällä ja siten laskentanopeutta. Lisäksi lokerointi mahdollistaa laskennallisten piirien modulaarisen rakenteen.

Yksi nanoteknologian pitkäaikaisista tavoitteista on luoda itsenäisiä molekyylikoneita, jotka voivat toimia ankarissa biologisissa ympäristöissä. "Tähän mennessä", selventää De Greef, "DNA-pohjaisia tietokoneita ei vielä ole voitu käyttää biologisissa olosuhteissa, koska veren seerumissa olevat entsyymit tuhoaisivat laskennasta vastaavat DNA-säikeet."

Tämä uusi lähestymistapa muodostaa perustan käyttäen esisolu kommunikointi alustaa tuoda sulautettujen molekyylien ohjauspiirit lähemmäksi käytännön sovelluksia lääketieteen alalla.

Tällä hetkellä TU:n ja Microsoftin tutkijat testaavat osastoituja DNA-piirejä sairauksien havaitsemiseksi ja luokittelemiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Ohjelmoitava kemiallinen oskillaattori

Logiikkaa elävissä soluissa

Olisiko DNA tulevaisuuden tietotekniikan perusta?

21.08.2019Uusia puolijohteita tehoelektroniikkaan
20.08.2019Biohajoavia mikroresonaattoreita
19.08.2019Uutta tekniikkaa aurinkosähkölle
16.08.2019E-tekstiilejä ja metamateriaaleja
15.08.2019Valoa nanopiireille
14.08.2019Tehokkaampia kvanttiantureita
13.08.2019Tsunami mikropiirillä
12.08.2019Tekniikkaa kuudennen sukupolven verkoille
09.08.2019Kvanttimikrofonista kvanttitietokoneeseen
08.08.2019Paksummat OLEDit parantavat näyttötekniikkaa

Siirry arkistoon »