Realizzato un computer molecolare a DNA con transistor minori di 2 nanometri

Fino ad ora, i circuiti a livello molecolare del DNA sono stati utilizzati principalmente per compiti semplici, come il rilevamento della presenza di sostanze correlate al cancro. Tuttavia, questi sistemi hanno affrontato una limitazione chiave: una volta avvenuta una reazione, i circuiti non possono essere riutilizzati. Superando questa sfida, il team di ricerca ha sviluppato un computer molecolare basato sul DNA che opera su scala molto più piccola rispetto ai dispositivi semiconduttori convenzionali, consentendo sia il calcolo che la memoria all’interno dello stesso sistema. Questo progresso apre nuove possibilità per le future tecnologie informatiche in applicazioni biologiche e mediche, inclusa la diagnosi delle malattie.

KAIST ha annunciato il 22 aprile che un team di ricerca guidato dal Professor Yeongjae Choi della Graduate School of Engineering Biology ha sviluppato un bio-transistor basato sul DNA—un analogo molecolare di un componente semiconduttore chiave che riceve segnali ed esegue calcoli—e lo ha utilizzato per implementare un nuovo circuito molecolare capace sia di elaborare che di memorizzare informazioni.

Man mano che la tecnologia dei semiconduttori si avvicina alla scala di 2 nanometri (nm), ampiamente considerata avvicinata ai suoi limiti fisici, i ricercatori stanno esplorando sempre più paradigmi di calcolo alternativi che operano oltre i sistemi tradizionali basati sul silicio.

Il DNA è emerso come un candidato promettente grazie alle sue proprietà uniche. Sfruttando l’accoppiamento complementare di basi, il DNA può essere programmato con precisione per rispondere a input specifici.

Inoltre, la distanza tra basi adiacenti è di soli 0,34 nanometri, rendendo il DNA un materiale attraente per l’elaborazione delle informazioni ad altissima densità.

Nonostante questo potenziale, i circuiti convenzionali del DNA sono stati limitati dalla loro natura a “uso una tantum”.

Una volta che avviene una reazione, il sistema viene consumato, rendendo difficile l’esecuzione continua o complessa dell’elaborazione delle informazioni.

Per affrontare questo problema, il team di ricerca ha progettato molecole di DNA che modificano le loro configurazioni di legame in risposta ai segnali di ingresso, mantenendo però tali configurazioni nel tempo.

In questo sistema, la configurazione molecolare risultante memorizza efficacemente le informazioni e influenza le operazioni successive.

In altre parole, i ricercatori hanno implementato un circuito senza reset in grado di elaborare informazioni in tempo reale senza richiedere un passaggio di inizializzazione esterno, preservando però le informazioni già processate.

Questo studio è significativo perché dimostra una funzionalità simile a quella dei transistor—il blocco fondamentale dei dispositivi semiconduttori—a livello delle molecole di DNA.

Fornisce una base per sistemi molecolari programmabili in cui le molecole possono sia elaborare che immagazzinare informazioni, andando oltre le semplici reazioni chimiche.

Il Professor Yeongjae Choi ha dichiarato: “Questa ricerca promuove la fattibilità dell’implementazione di computer molecolari usando il DNA”, aggiungendo: “Ha il potenziale di aprire nuove direzioni sia nel bio-computing che nelle tecnologie mediche.”

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