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光线拼图分子DNA计算机芯片有望取代硅芯片

据美国物理学家组织网5月12日报道,美国杜克大学研究人员称,他们利用携带全部生命信息的DNA(脱氧核糖核酸)的独特双螺旋结构,将经过改造的DNA片段和其他分子进行简单混合,即可制造出无数个同样的、细小的、像华夫饼干一样的器件。利用这种技术,将来或只需一天时间就可达到现在全球每月的芯片生产量。

杜克大学电子和计算机工程学副教授克里斯·德维耶认为,下一代电脑中或将不再使用硅芯片,而使用由DNA片段制造的逻辑芯片。

DNA由多对核苷酸碱基组成,这些碱基之间的关系非常密切,德维耶团队通过将这些碱基对以不同的顺序进行排列,得到了不同的DNA片段。这个过程类似于玩拼图游戏:混乱的拼图碎片会慢慢找到它们的邻居,最终成为一幅完整的拼图。研究人员要做的则是将无数个拼图碎片放在一起,然后拼出无数个同样的拼图。

在德维耶的实验中,“华夫饼干”“拼图”有16块,光敏分子放置在“拼图”的脊线上。当光线照射在光敏分子上时,光敏分子吸收光线,刺激电子,释放出的能量会使附近的另一类光敏分子吸收这些能量,并发射出不同波长的光线。仅用一个探测器就可将输出光线与输入光线区别开来。

研究证明,这些纳米结构能够有效地进行自组装,当在其上添加不同的光敏分子时,这个“华夫饼干”会显示出独特的“可编程”特性,因此,通过使用光线来刺激这些光敏分子,研究人员就能够制造出简单的逻辑门(开关)。使用更大一些的“华夫饼干”,可制造出更复杂的电路,而且这种可能性是无限的。

传统的电路使用电流快速地在“0”和“1”之间切换,而在新的器件中,光线可刺激由DNA制造的开关作出同样的反应,且速度更快。德维耶称,这是人们首次证明分子具有如此活跃且快速的处理和传感能力。

德维耶指出,这些“华夫饼干”器件可成为未来计算机芯片的基本组件。由于这些纳米结构从根本上来说就是传感器,因此,它亦可应用于生物医学。研究人员可据此制造出细小的纳米器件,以对作为疾病标识的不同蛋白作出反应。

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