自组装的DNA分子开关成功研制

据外媒体5月12日（北京时间）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。点击此处了解更多

Encoded Multichromophore Response for Simultaneous Label-Free Detection Constantin Pistol 1, Vincent Mao 1, Viresh Thusu 1, Alvin R. Lebeck 2, Chris Dwyer 1

1. Department of Electrical and Computer Engineering Duke University 130 Hudson Hall Durham, NC 27708 (USA)2. Department of Computer Science Duke University Box 90921, Durham, NC 27708 (USA)【Abstract】The self-assembly of molecularly precise nanostructures is widely expected to form the basis of future high-speed integrated circuits, but the technologies suitable for such circuits are not well understood. In this work, DNA self-assembly is used to create molecular logic circuits that can selectively identify specific biomolecules in solution by encoding the optical response of near-field coupled arrangements of chromophores. The resulting circuits can detect label-free, femtomole quantities of multiple proteins, DNA oligomers, and small fragments of RNA in solution via ensemble optical measurements. This method, which is capable of creating multiple logic-gate-sensor pairs on a 2 × 80 × 80-nm DNA grid, is a step toward more sophisticated nanoscale logic circuits capable of interfacing computers with biological processes.