上海应物所樊春海研究员应邀在Nature Chemistry杂志发表观点文章
DNA计算是计算机科学和分子生物学相结合而发展起来的新型研究领域。DNA计算领域的创始人,美国南加州大学的莱昂那多·阿德尔曼教授于1994年利用DNA计算方法解决了一个著名的数学难题“七顶点哈密尔顿路径”。研究者普遍认为,以DNA分子这种遗传物质作为计算工具,并利用DNA反应的强大并行计算能力,有可能发展出性能超越常规硅基计算机的DNA计算机,并可能解决图灵机所能解决的所有问题。从数学上讲,单链DNA可看作由符号A、C、G、T组成的串,同电子计算机中编码0和1一样,可表示成4 字母的集合来编译信息。特定的酶可充当“软件”来完成所需的各种信息处理工作。不同的酶用于不同的算子,通过对DNA分子进行可编程的化学反应可以完成各种不同的运算过程,就可研制成一种以DNA为芯片的新型计算机。然而,一个简单的数学运算过程往往就涉及到成千上万的反应过程,如何能够精确操控这些大规模平行DNA分子反应则成为DNA计算领域的挑战性问题。
液滴微流控技术的发展为高通量操控大规模平行反应提供了前所未有的工具。最近的一系列研究工作表明,液滴微流控结合高分辨成像技术可以同时监控数以万计的反应,从而能够全景剖析DNA计算的中间过程反应机制并进行动态优化。基于此,Nature Chemistry杂志邀请我所物理生物学研究室樊春海研究员在“News and Views”(“新闻与观点”)栏目以“DNA reaction networks: providing a panoramic view”(DNA反应网络: 全景观测) ”为题发表“观点”文章(Nature Chemistry 2016, 8, 738-740),对液滴微流控技术在DNA计算中应用的原理和机制进行了介绍和评论,并探讨了DNA计算机的未来发展方向。(物理生物学研究室 供稿)