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?

25.05.2020Ihoanturi seuraa C-vitamiinitasoja hiestä
22.05.2020Kohti kolmatta ulottuvuutta
21.05.2020Nopempi koherentti LiDAR
20.05.2020Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin
19.05.2020Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi
18.05.2020Löytää edullisesti radioaaltoja
16.05.2020Suprajohtavuutta ja topologiaa
15.05.2020Kvanttimateriaali keventää tekoälyn energiantarvetta
14.05.2020Vetyä auringonvalosta
13.05.2020Uutta valoa 2D-nanolasereista
12.05.2020Vakaita perovskiitteja
11.05.2020Superkondensaattori heterorakenteisella elektrodilla
08.05.2020Harppauksia piianodien käyttöönotossa
07.05.2020Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä
06.05.2020Todellisuutta tuntevat proteesit
05.05.2020Eväitä twistroniikalle
04.05.2020Superkiraalista valoa
03.05.2020Läpinäkyvyyttä ja aurinkosähköä
30.04.2020Rautapohjainen lämpösähkögeneraattori
29.04.2020Topologia avuksi fotoniikkaan
28.04.2020Tavoitteena 2000 km yhdellä latauksella
27.04.2020Ferrosähköä atomitasolla
27.04.2020Neuromorfinen memristori
23.04.2020Spintroniikalle sopivaa sähkömagnetismia
22.04.2020Akkutekniikoiden uudet reaktiot
21.04.2020Kylmää ja kuumaa kvanttitekniikkaa
20.04.2020Harppaus magnetisoitumisen tutkimuksessa
18.04.2020Ultravioletin voima
17.04.2020Innovatiivisia tekniikoita pikkusatelliiteille
16.04.2020Energiankeruuta metallia syöden
15.04.2020Alusta optisille transistoreille
14.04.2020Salaperäisiä Majorana-fermioneja kultasaarilla
12.04.2020Viiden minuutin koronavirustesti
10.04.2020Geometrinen diodi
09.04.2020Spinaalloilla pitkälle
08.04.2020Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin
07.04.2020Yhdistetty optinen lähetin ja vastaanotin
06.04.2020Parannuksia orgaanisille aurinkokennoille
03.04.2020Energian keruuta terahertsiaalloista
02.04.2020Sähkökentistä sähköä IoT-antureille
01.04.2020Kaksiseinäisillä nanoputkilla on elektro-optisia etuja
31.03.2020Uudenlaista kemiaa litiumakuille
30.03.2020Kohti hakkeroimatonta kvantti-internettiä
28.03.2020Luvassa uusi läpimurto kvanttitietotekniikassa
27.03.2020Kohti tehokkaampaa elektroniikkaa
26.03.2020Uusia materiaaleja puettavalle elektroniikalle
25.03.2020Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin
24.03.2020Optinen terahertsitransistori
23.03.2020Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti
20.03.2020Syväoppimisen uudelleenarviointi
19.03.2020Uusia materiaaliominaisuuksia elektroniikalle
17.03.2020Aurinkokennojen ennätysvirittely jatkuu
16.03.2020Monitoimisia anturimateriaaleja
13.03.2020Valolla toimivat kiintolevyt
12.03.2020Topologista valon kulkua
11.03.2020Vakaasti toimiva nanorele
10.03.2020Vielä enemmän skyrmioneja
09.03.2020Spin-kubitin vakaa luenta
07.03.2020Haisevista hedelmistä superkonkkia
06.03.2020Aurinkokenno grafeenista, perovskiitistä ja piistä
05.03.2020Kaliummetalli akun vaihtoehdoksi litiumille
04.03.2020Kaksiulotteinen elektronien hila
03.03.2020Kaksiulotteisia metalleja
02.03.2020Magnetismia kolmiulotteisesti
28.02.2020Monenlaista valon hallintaa
27.02.2020Yksinkertainen itselatautuva akku
26.02.2020Edullisempia suojaustekniikoita
25.02.2020Johtaa sekä sähköä että energiaa täydellisesti
25.02.2020Kemiaa ja seostusta
21.02.2020Vauhdikkaita muistirakenteita
20.02.2020Kierrätystä ja palonestoa
19.02.2020Nestepisaroilla jopa viiden voltin jännite
18.02.2020Kuitusiirron ennätyskapasiteetti
17.02.2020Kubitteja keinoatomeista
14.02.2020Kohinalla hehkuttaen
14.02.2020Tehokkaampia sähkökatalyyttisiä reaktioita
12.02.2020Elektroninen nenä MOF-materiaaleista
11.02.2020Uudenlainen elektrodirakenne tehokkaammille akuille
10.02.2020Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa
07.02.2020Uusi kvasihiukkanen löydetty: Pi-ton
06.02.2020Resonaattorit hidastavat valoa
05.02.2020Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia
04.02.2020Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua
03.02.2020Ensimmäinen yksikerroksinen amorfinen kalvo
31.01.20205000 vuotta kestävä paristo
30.01.2020Uusia vihjeitä suprajohtavuudesta
29.01.2020Litiumakuille pidempiä ajomatkoja?
28.01.2020Kvanttilämpöä ja kvanttilomittumista mittaillen
27.01.2020Laserdiodi emittoi syvää UV-valoa
24.01.2020Keinoiho magnetismia tunnistavin anturein
23.01.2020Kiertymä muokkaa kaistaeroa
22.01.2020Yleismuistin virstanpylväs
21.01.2020Ensimmäinen antiferromagneettinen topologinen kvanttimateriaali
20.01.2020Nanoantenneja tiedonsiirtoon
17.01.2020Muisteja erittäin kylmään laskentaan
16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät
14.01.2020Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin
13.01.2020Uusi menetelmä kestäville GaN-transistoreille
10.01.2020Hiukkaskiihdytin mikropiirille

Näytä lisää »