Транзистор изобрели в 1947-м — и он правил 80 лет. Молекула ДНК шириной в атом только что подала заявку на замену
NewsMakerНовый биотранзистор работает на молекулярном уровне и открывает путь к сверхплотным вычислительным системам.
Компьютер можно собрать не только из кремния, но и из молекул ДНК. Команда KAIST показала, как такие молекулы могут не просто реагировать на сигнал, а выполнять вычисления и хранить результат внутри одной и той же системы. Для молекулярной электроники такой шаг особенно важен: прежние ДНК-схемы обычно работали одноразово и после реакции фактически «сгорали» для следующей операции.
Исследователи под руководством профессора Ёнчжэ Чхве из Высшей школы инженерной биологии Корейского передового института науки и технологий разработали ДНК-биотронзистор. По роли в схеме такая молекулярная конструкция напоминает транзистор в полупроводниковой электронике: принимает входной сигнал, меняет состояние и участвует в вычислении. На основе такого элемента ученые собрали молекулярную схему, которая одновременно обрабатывает и запоминает информацию. Работа опубликована в Science Advances.
Интерес к ДНК как вычислительному материалу растет на фоне приближения полупроводниковой индустрии к двухнанометровому рубежу. На таких масштабах классические кремниевые технологии сталкиваются с физическими ограничениями, а инженеры всё активнее ищут альтернативные способы обработки данных. ДНК подходит для таких задач благодаря предсказуемому спариванию оснований: молекулы можно программировать так, чтобы цепочки реагировали только на заданные входные сигналы. Расстояние между соседними основаниями составляет всего 0,34 нм, поэтому ДНК теоретически позволяет создавать сверхплотные вычислительные системы.
Главная проблема прежних ДНК-схем заключалась в одноразовом характере реакций. После срабатывания молекулярная система тратила исходные компоненты, а для нового вычисления требовался сброс или подготовка схемы заново. Такой подход годится для простого обнаружения вещества, например маркера заболевания, но плохо подходит для длительной обработки данных и сложной логики.
Команда KAIST решила проблему за счет молекул ДНК, которые меняют конфигурацию связывания под действием входного сигнала и сохраняют новую конфигурацию во времени. Получившееся состояние работает как память: схема не только фиксирует уже обработанную информацию, но и использует прежний результат при следующих операциях. Внешний сброс перед каждым шагом больше не нужен, а молекулярная система может обрабатывать сигналы в реальном времени.
Авторы называют разработку шагом к программируемым молекулярным компьютерам, где отдельные молекулы выполняют роль логических элементов и ячеек памяти. Такой подход пока находится на исследовательской стадии, но открывает путь к вычислительным системам для биологии и медицины. В будущем ДНК-схемы могут лечь в основу миниатюрных диагностических платформ, которые анализируют молекулярные признаки болезни прямо в биологической среде и запоминают промежуточные результаты анализа.
Профессор Ёнчжэ Чхве заявил, что работа приближает создание молекулярных компьютеров на основе ДНК и может открыть новые направления для биокомпьютинга и медицинских технологий.
Компьютер можно собрать не только из кремния, но и из молекул ДНК. Команда KAIST показала, как такие молекулы могут не просто реагировать на сигнал, а выполнять вычисления и хранить результат внутри одной и той же системы. Для молекулярной электроники такой шаг особенно важен: прежние ДНК-схемы обычно работали одноразово и после реакции фактически «сгорали» для следующей операции.
Исследователи под руководством профессора Ёнчжэ Чхве из Высшей школы инженерной биологии Корейского передового института науки и технологий разработали ДНК-биотронзистор. По роли в схеме такая молекулярная конструкция напоминает транзистор в полупроводниковой электронике: принимает входной сигнал, меняет состояние и участвует в вычислении. На основе такого элемента ученые собрали молекулярную схему, которая одновременно обрабатывает и запоминает информацию. Работа опубликована в Science Advances.
Интерес к ДНК как вычислительному материалу растет на фоне приближения полупроводниковой индустрии к двухнанометровому рубежу. На таких масштабах классические кремниевые технологии сталкиваются с физическими ограничениями, а инженеры всё активнее ищут альтернативные способы обработки данных. ДНК подходит для таких задач благодаря предсказуемому спариванию оснований: молекулы можно программировать так, чтобы цепочки реагировали только на заданные входные сигналы. Расстояние между соседними основаниями составляет всего 0,34 нм, поэтому ДНК теоретически позволяет создавать сверхплотные вычислительные системы.
Главная проблема прежних ДНК-схем заключалась в одноразовом характере реакций. После срабатывания молекулярная система тратила исходные компоненты, а для нового вычисления требовался сброс или подготовка схемы заново. Такой подход годится для простого обнаружения вещества, например маркера заболевания, но плохо подходит для длительной обработки данных и сложной логики.
Команда KAIST решила проблему за счет молекул ДНК, которые меняют конфигурацию связывания под действием входного сигнала и сохраняют новую конфигурацию во времени. Получившееся состояние работает как память: схема не только фиксирует уже обработанную информацию, но и использует прежний результат при следующих операциях. Внешний сброс перед каждым шагом больше не нужен, а молекулярная система может обрабатывать сигналы в реальном времени.
Авторы называют разработку шагом к программируемым молекулярным компьютерам, где отдельные молекулы выполняют роль логических элементов и ячеек памяти. Такой подход пока находится на исследовательской стадии, но открывает путь к вычислительным системам для биологии и медицины. В будущем ДНК-схемы могут лечь в основу миниатюрных диагностических платформ, которые анализируют молекулярные признаки болезни прямо в биологической среде и запоминают промежуточные результаты анализа.
Профессор Ёнчжэ Чхве заявил, что работа приближает создание молекулярных компьютеров на основе ДНК и может открыть новые направления для биокомпьютинга и медицинских технологий.