Termi "DNA" tuo heti mieleen kaksijuosteisen heliksin, joka sisältää kaiken geneettisen tietomme. Mutta sen kahden säikeen yksittäiset yksiköt ovat molekyylipareja, jotka on sidottu toisiinsa valikoivasti, toisiaan täydentävästi. Osoittautuu, että tätä paritusominaisuutta voidaan hyödyntää monimutkaisten matemaattisten laskelmien suorittamiseen, ja tämä muodostaa DNA-laskennan perustan.
Koska DNA:ssa on vain kaksi juostetta, yksinkertaisenkin laskelman suorittaminen vaatii useita kemiallisia reaktioita käyttämällä erilaisia DNA-sarjoja. Useimmissa olemassa olevissa tutkimuksissa kunkin reaktion DNA lisätään manuaalisesti, yksitellen, yhteen reaktioputkeen, mikä tekee prosessista erittäin hankalan. Mikrofluidisirut, jotka koostuvat kapeista kanavista, jotka on syövytetty muoviin, tarjoavat tavan automatisoida prosessi. Mutta lupauksistaan huolimatta mikrofluidisirujen käyttö DNA-laskentaan on edelleen alitutkittua.
Äskettäisessä artikkelissa, joka julkaistiin verkossa ACS Nanossa 7. heinäkuuta 2021 ja julkaistiin lehden osan 15 numerossa 7 27. heinäkuuta 2021, tutkijaryhmä Incheon National Universitystä (INU), Korea, esittelee. ohjelmoitava DNA-pohjainen mikrofluidisiru, jota voidaan ohjata henkilökohtaisella tietokoneella DNA-laskelmien suorittamiseksi. "Toivomme, että DNA-pohjaiset prosessorit korvaavat elektroniset suorittimet tulevaisuudessa, koska ne kuluttavat vähemmän virtaa, mikä auttaa ilmaston lämpenemisessä. DNA-pohjaiset prosessorit tarjoavat myös alustan monimutkaisille laskelmille, kuten syväoppimisratkaisuille ja matemaattisille mallinnuksille", sanoo Tri Youngjun Song INU:sta, joka johti tutkimusta.
Dr. Song ja tiimi käyttivät 3D-tulostusta valmistaakseen mikrofluidipiirinsä, joka pystyy toteuttamaan Boolen logiikkaa, joka on yksi tietokoneohjelmoinnin peruslogiikoista. Boolen logiikka on eräänlainen tosi tai epätosi -logiikka, joka vertaa syötteitä ja palauttaa arvon "true" tai "false" riippuen käytetyn toiminnon tai "logiikkaportin" tyypistä. Tämän kokeen logiikkaportti koostui yksijuosteisesta DNA-templaatista. Erilaista yksijuosteista DNA:ta käytettiin sitten syötteinä. Jos osalla syöte-DNA:ta oli komplementaarinen Watson-Crick-sekvenssi templaatti-DNA:n kanssa, se pariutui muodostaen kaksijuosteisen DNA:n. Tulosta pidettiin tosi tai epätosi lopullisen DNA:n koon perusteella.
Suunnitellusta sirusta ainutlaatuisen tekee moottorikäyttöinen venttiilijärjestelmä, jota voidaan käyttää tietokoneella tai älypuhelimella. Siru ja ohjelmistokokoonpano muodostavat yhdessä mikrofluidisen käsittelyyksikön (MPU). Venttiilijärjestelmän ansiosta MPU pystyi suorittamaan sarjan reaktioita loogisten toimintojen yhdistelmän suorittamiseksi nopeasti ja kätevästi.
Tämä ohjelmoitavan DNA-pohjaisen MPU:n ainutlaatuinen venttiilijärjestelmä tasoittaa tietä monimutkaisemmille reaktiokaskadeille, jotka voivat koodata laajennettuja toimintoja. "Tuleva tutkimus keskittyy kokonais-DNA-laskentaratkaisuun DNA-algoritmeilla ja DNA-tallennusjärjestelmillä", sanoo tohtori Song.
