韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院工程生物學(xué)研究院的科研團(tuán)隊(duì)，近期成功開(kāi)發(fā)出一款以DNA為基礎(chǔ)的分子計(jì)算機(jī)，這款設(shè)備的核心元件尺寸遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件，已經(jīng)縮小到2納米以下，同時(shí)還首次實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)分子系統(tǒng)中同時(shí)整合信息存儲(chǔ)和運(yùn)算兩大功能。這一突破性進(jìn)展，為未來(lái)生物醫(yī)學(xué)計(jì)算領(lǐng)域尤其是精準(zhǔn)疾病診斷方向打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，目前相關(guān)研究成果已經(jīng)刊發(fā)在最新一期的《科學(xué)進(jìn)展》期刊上。

如今，傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體的加工工藝已經(jīng)逐漸逼近2納米的物理極限，學(xué)界已經(jīng)普遍達(dá)成共識(shí)：必須找到能替代傳統(tǒng)芯片的全新方案，才能延續(xù)計(jì)算性能的提升。在眾多候選方向中，DNA依靠自身獨(dú)特的生物性質(zhì)脫穎而出，成為下一代計(jì)算載體的熱門研究方向。

DNA依靠互補(bǔ)堿基配對(duì)的規(guī)則，讓人們可以對(duì)它進(jìn)行精準(zhǔn)編程，以此響應(yīng)特定的輸入信號(hào)；同時(shí)DNA相鄰堿基之間的間距僅有0.34納米，這一天然結(jié)構(gòu)讓它天生就擁有存儲(chǔ)海量信息的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，傳統(tǒng)的DNA電路大多是「一次性」反應(yīng)體系：一旦信號(hào)觸發(fā)反應(yīng)，參與過(guò)程的分子就會(huì)被消耗掉，沒(méi)辦法支撐連續(xù)、復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，限制了DNA計(jì)算機(jī)的實(shí)用化。

為了打破這一技術(shù)瓶頸，韓國(guó)科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種全新的DNA分子，這種DNA分子可以在輸入信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下改變自身的空間構(gòu)象，還能長(zhǎng)期「鎖定」在改變后的構(gòu)象狀態(tài)。依靠這種特性形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不僅可以直接對(duì)信息進(jìn)行編碼，還能存儲(chǔ)信息參與后續(xù)的計(jì)算流程。

換句話來(lái)說(shuō)，這支團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建出了一套可以自保持、不需要額外復(fù)位的分子電路，這套電路不需要外界持續(xù)干預(yù)就能實(shí)時(shí)處理信息，還能把過(guò)往的運(yùn)算結(jié)果長(zhǎng)期保存下來(lái)，真正在分子層面實(shí)現(xiàn)了集讀寫、運(yùn)算、存儲(chǔ)為一體的完整信息處理系統(tǒng)。

這項(xiàng)研究的核心意義在于，它成功在DNA的分子尺度上復(fù)現(xiàn)了晶體管最核心的邏輯功能。這不僅給各類可編程分子系統(tǒng)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，也讓DNA不再只是單純的化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)，升級(jí)成了可以自主完成信息處理和存儲(chǔ)的智能載體。

這一成果大幅推進(jìn)了DNA分子計(jì)算機(jī)的實(shí)用化進(jìn)程，給生物計(jì)算、精準(zhǔn)疾病診斷等多個(gè)醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域打開(kāi)了一扇充滿潛力的新大門。

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原標(biāo)題：《DNA 分子計(jì)算機(jī)突破 2 納米半導(dǎo)體工藝極限》

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