DNA計算機

DNA計算機DNA計算機是一種生物形式的計算機。1994年，DNA計算機於南加利福尼亞大學萊昂那多·阿德萊曼（Leonard Adleman）教授的試管中問世。利用脫氧核糖核酸建立完整的信息技術形式，以編碼的DNA序列（通常意義上計算機內存）為運算對象，通過分子生物學的運算操作以解決複雜的數學難題。編輯摘要相關百科觀察更多百科觀察關注新聞熱點，解讀背景知識

生物邏輯門研製有新進展，DNA計算機大規模使用指日可待：最近，英國科學家利用大腸桿菌，成功研製出生物邏輯門。這項進展使得科學家朝著打造DNA計算機的夢想又向前邁進了一步。專家預計，一旦DNA計算機發展成熟，將會給製藥業和生物醫學領域帶來革命性的改變。DNA計算機是一種生物形式的計算機，「輸入」的是細胞質中的RNA、蛋白質以及其他化學物質，「輸出」的則是很容易辨別的分子信號。更新時間：2013-03-21 14:47:07精彩點評共2條評論，有20262人圍觀，點擊參與

上海科技：MIT的科學家們近日開發出一套能進行邏輯操作的可存儲基因模塊，使其能在活細胞中執行命令，就像計算機中所用的布爾邏輯門。讓DNA本身成為計算機的一部分，利用這些「基因線路」能追查一個細胞在何時到達其生命關鍵時刻，撥動基因開關改變細胞命運。目錄[隱藏]1 概念和特點2 優點3 基本原理4 研究進展5 應用前景DNA計算機 - 概念和特點

DNA計算機概括地講，DNA計算機是一種生物形式的計算機。它是利用DNA（脫氧核糖核酸）建立的一種完整的信息技術形式，以編碼的DNA序列（通常意義上計算機內存）為運算對象，通過分子生物學的運算操作以解決複雜的數學難題。由於起初的DNA計算要將DNA溶於試管中實現，這種計算機由一堆裝著有機液體的試管組成，因此有人稱之為「試管電腦」。DNA計算機「輸入」的是細胞質中的RNA、蛋白質以及其他化學物質，「輸出」的則是很容易辨別的分子信號。在生物醫學應用上，DNA計算機能夠探測和監控基因突變等細胞內一切活動的特徵信息，確定癌細胞等病變細胞以及自動激發微小劑量的治療行。DNA計算機 - 優點1、體積小。其體積之小，可同時容納1萬億個此類計算機於一支試管中。2）存貯量大。1立方米的DNA溶液，可以存貯1萬億億的二進位數據。1立方厘米空間的DNA可儲存的資料量超過1兆片CD容量。3）運算快。其運算速度可以達到每秒10億次，十幾個小時的DNA計算，相當於所有電腦問世以來的總運算量。4）耗能低。DNA計算機的能耗非常低，僅相當於普通電腦的10億分之一。如果放置在活體細胞內，能耗還會更低。5）並行性。普通電腦採用的都是以順序執行指令的方式運算，由於DNA獨特的數據結構，數以億計的DNA計算機可以同時從不同角度處理一個問題，工作一次可以進行10億次運算，即並行的方式工作，大大提高了效率。此外，DNA計算機能夠使科學觀察與化學反應同步，節省大筆的科研經費。DNA計算機 - 基本原理

DNADNA分子是一條雙螺旋的長鏈，上面有四種鹼基，分別為：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。DNA分子通過這些核甘酸的不同排列，能夠表達出生物體各種細胞擁有的大量信息。數學家、生物學家、化學家以及計算機專家從中得到啟迪。他們利用DNA能夠編碼信息的特點，先合成具有特定序列的DNA分子，使它們代表要求解的問題，然後通過生物酶的作用（相當於加減乘除運算），使他們相互反應，形成各種組合，最後過濾掉非正確的組合而得到的編碼分子序列就是正確答案。從最早的帕斯卡爾齒輪機到今天最先進的電子計算機，其計算方式都是一種物理性質的符號變換，具體是由「加」和「減」這種基本動作構成的。然而，目前的DNA計算則有了本質性的變化。計算不再是一種物理性質的符號變換，而是一種化學性質的符號變換，即不再是物理性質的「加」、「減」操作而是化學性質的切割和粘貼、插入和刪除。這種計算方式的變革是前所未有的，具有劃時代的意義[1]。DNA計算機 - 研究進展

DNA計算機2011年10月，英國，用細菌研製出生物邏輯門這是有史以來最先進的「生物電路」。這種生物邏輯門是模塊化的，它們可以被安裝在一起，從而為未來建立更複雜的生物處理器鋪平了道路。2011年9月，美國，用生物計算機摧毀癌細胞這種生物計算機能夠進入人類細胞，通過對5種腫瘤特異性分子進行邏輯組合分析識別出特異癌細胞，從而觸發癌細胞的毀滅過程。這一成果為開發出特異的抗癌治療奠定基礎。2011年7月，以色列，用生物計算機探測多種不同類型分子這種生物計算機能同時自動探測多種不同類型的分子，可用於診斷疾病、控制藥物釋放，實現診斷治療一體化。2009年，美國，用大腸桿菌研製成細菌計算機這種細菌計算機可解決複雜數學問題，且速度遠快於任何以硅基礎的計算機。2007年，美國，用DNA計算機實現RNA干擾機制這種DNA計算機可進行基本邏輯工作，能夠應用於人工培養的腎細胞。科學家將源於其他物種的單siRNA分子導入細胞，該DNA計算機能使編譯某種熒光蛋白的目標基因關閉。2006年，美國，用DNA計算機快速準確診斷禽流感病毒這種DNA計算機能夠更快、更準確地檢測西尼羅河病毒和禽流感病毒，以及其他疾病。2005年，以色列，用DNA計算機運行10億種由DNA軟體分子設計的程序這種DNA計算機採用了新的溶液處理工藝等技術，能夠運行10億種用DNA軟體分子設計的程序，有潛力覺察到細胞中與多種癌症有關的異常信使RNA，為癌症診斷提供信息。2004年，中國，第一台DNA計算機在上海交大問世這種DNA計算機是在以色列魏茨曼研究所的DNA計算機的基礎上進行改進後完成，其中包括用雙色熒游標記對輸入與輸出分子進行同時檢測，用測序儀對自動運行過程進行實時監測，用磁珠表面反應法固化反應提高可控性操作技術等，可在一定程度上完成模擬電子計算機處理0，1信號的功能。2003年，美國，世界首台可玩遊戲的互動式DNA計算機問世這種DNA計算機主要以生化酶為計算基礎來運算簡單遊戲。2000年，以色列，世界上第一台DNA計算機問世這是世界上第一台成型的DNA計算機，可以解決一些相對複雜的運算問題。在當時它沒有什麼實際用途，但它代表著DNA計算機已經邁出科幻時代，並成為現實中一種初露端倪的技術。1994年，美國，DNA計算機概念首次提出科學家用一支裝有特殊DNA的試管，解決了著名的「推銷員問題」：有n個城市，一個推銷員要從其中某一個城市出發，唯一走遍所有城市，再回到他出發的城市，求最短的路線。這個問題在當時即使用最快的半導體來推算，也需要至少兩年以上的時間，但是科學家用DNA計算只花了7天時間，令人嘆為觀止，從而開闢了DNA計算機研究的新紀元[2][3]。DNA計算機 - 應用前景未來的DNA計算機在研究邏輯、破譯密碼、基因編程、疑難病症防治以及航空航天等領域應用的獨特優勢， 現在電子計算機是望塵莫及，應用前景十分樂觀。比如，DNA計算機的出現，使在人體內、在細胞內運行的計算機研製成為可能，它能夠充當監控裝置，發現潛在的致病變化，還可以在人體內合成所需的藥物，治療癌症、心臟病、動脈硬化等各種疑難病症，甚至在恢復盲人視覺方面，也將大顯身手。完全可以想像，一旦DNA計算技術全面成熟，那麼真正的「人機合一」就會實現。因為大腦本身就是一台自然的DNA計算機，只要有一個介面，DNA計算機通過介面可以直接接受人腦的指揮，成為人腦的外延或擴充部分，而且它以從人體細胞吸收營養的方式來補充能量，不用外界的能量供應。像科幻小說中向大腦植入以DNA為基礎的人造智能晶元，未來就像現象接種疫苗一樣簡單。無疑，DNA計算機的出現將給人類文明帶來一個質的飛躍，給整個世界帶來巨大的變化，有著無限美好的應用前景。不過，由於受目前生物技術水平的限制，DNA計算過程中，前期DNA分子鏈的創造和後期DNA分子鏈的挑選，要耗費相當的工作量。比如，阿德勒曼的「試管電腦」在幾秒鐘內就得出結果，但是他卻花掉數周的時間去挑選正確的結果。還有，如果實驗中城市數目增加到200個，那麼計算所需的DNA重量將會超過地球的重量。而且數以億計的DNA分子非常複雜，在反應過程中很容易發生變質和損傷，甚至試管壁吸附殘留都可能發生致命錯誤。因此，DNA計算機真正進入現實生活尚需時日。[3]附圖為本詞條添加視頻和組圖相關影像參考資料：[1]^博聞網：DNA計算機工作原理引用日期：2013-03-21[2]^生物探索：告別科幻時代，DNA計算機離我們越來越近引用日期：2013-03-21[3]^eNet矽谷動力：DNA計算初露端倪引用日期：2013-03-21
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