حيات از بسياري جهات شبيه يك رايانه است، با اين تفاوت كه در اينجا نقش مدارات الكتريكي را مدارات زيست‌شيميايي ايفا مي‌كنند؛ اين مدارات، شبكه‌هاي پيچيده‌اي از واكنش‌ها و مسيرهايي هستند كه عملكرد صحيح ارگانيسم‌ها را ممكن مي‌سازند. حال محققان موسسه فناوري كاليفرنيا ("Caltech") با استفاده از ابزارهاي مبتني بر DNA در يك لوله آزمايش يك مدار پيچيده زيست‌شيميايي ساخته‌اند كه شبيه ترانزيستور الكترونيكي روي يك تراشه رايانه‌اي عمل مي‌كند. مهندسي اين مدارات امكان مطالعه اصول پردازش اطلاعات در سامانه هاي زيستي و طراحي مسيرهاي زيست‌شيميايي با قابليت تصميم‌سازي را فراهم مي‌كند. لولو كيان، همكار فوق دكتراي Caltech همراه با اريك وينفري، استاد علوم رايانه‌اي اين موسسه از نوعي قطعه مبتني بر DNA براي ساخت بزرگ‌ترين مدار زيست‌شيميايي مصنوعي كه تاكنون توليد شده است، بهره برده‌اند. مدارات زيست‌شيميايي كه قبلاً در آزمايشگاه ساخته شده‌اند، محدود هستند زيرا زماني كه مقياس آنها افزايش مي‌يابد، اطمينان‌پذيري و امكان پيش‌بيني عملكرد آنها كم مي‌شود. دليل احتمالي اين محدوديت اين است كه چنين مداراتي نياز به ساختارهاي مولكولي مختلفي دارند تا بتوانند چندين عملكرد متفاوت را اجرا كنند؛ بنابراين اين سامانه‌ها بسيار پيچيده شده و عيب‌يابي آنها با دشواري زيادي مواجه مي‌شود.

در راهكار جديدِ اين پژوهشگران از قطعاتي استفاده مي‌شود كه ساده، استاندارد، مطمئن و مقياس‌پذير هستند و در نتيجه مي‌توان مدارات بسيار بزرگ‌تري توليد كرد كه به‌خوبي كار مي‌كنند.

در اين كار از قطعاتي از DNA براي ساخت گيت‌هاي منطقي استفاده مي‌شود. گيت‌هاي منطقي ابزارهايي هستند كه در پاسخ به سيگنال‌هاي روشن و خاموش ورودي، سيگنال‌هاي روشن و خاموش خروجي ايجاد مي‌كنند. اين ابزارها واحدهاي سازنده مدارات منطقي ديجيتالي هستند كه به يك رايانه امكان عملكرد مناسب را در زمان مناسب اعطا مي‌كنند. در رايانه‌هاي معمولي گيت‌هاي منطقي با استفاده از ترانزيستورهاي الكترونيكي ساخته مي‌شوند كه با سيم‌هايي به يكديگر متصل شده و يك مدار را روي تراشه سيليكوني توليد مي‌كنند. اما مدارات زيست‌شيميايي از مولكول هاي شناور در يك محلول نمكي ساخته مي‌شوند. گيت‌هاي منطقي مبتني بر DNA به‌جاي تكيه بر جريان الكترون‌ها كه وارد ترانزيستورها شده و از آنها خارج مي‌شوند، از مولكول‌هايي كه دريافت يا توليد مي‌كنند به‌عنوان سيگنال بهره مي‌برند. اين سيگنال‌هاي مولكولي از يك گيت مشخص به يك گيت ديگر حركت كرده و همانند سيم‌هاي يك مدار الكتريكي اتصال مدار زيست‌شيميايي را برقرار مي‌كنند.

جزئيات اين تحقيق در مجله Science منتشر شده است.

منبع: ستاد توسعه فناوري نانو