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  • 用于基因检测芯片的微型泵和DNA过滤器

    松下与比利时IMEC在“IEDM 2010”上公开了两公司正在共同开发的SNP(single nucleotide polymorphism)检测芯片开发成果。SNP检测芯片能够以数μl(微升)的血液为检测对象,对SNP等遗传基因信息进行全自动检测。 此次开发出了“聚合物致动器泵(Polymer Actuator Pump)”和“DNA过滤器”等关键器件。前者起到输送微量血液和DNA溶液的作用。后者的作用则在于从含有被检SNP的DNA溶液中高精度筛选出目标 SNP。“向实现硅基板上SNP检测的全自动化迈进了一大步”。 有助于定制医疗服务的普及 据松下介绍,由于此前的全自动SNP检测装置过于庞大且价格昂贵,因此只能应用在专门检查机构等DNA解析用途,未能在临床一线得到真正普及。检测结果的信息反馈也较慢。临床一线对于能够使用简单装置在短时间内进行SNP检测的需求非常大。 如果此次正在开发的SNP检测芯片能够应用于医疗一线,将有助于推动在普通医院等的临床一线普及根据每个人(患者)的体质选择药品处方等治疗方法的 “定制(Tailor-Made)医疗服务”。由于利用数微升血液即可在短时间内检测出SNP,因此有望帮助临床医生在短时间内判断出药物对患者是否有效和疾病有多大的发病风险。 1.5V电压工作,可利用电池驱动 实现此次的微型泵时,通过在硅基板上层积聚合物薄膜,开发出可沿层积方向大幅伸缩的聚合物致动器。由此又开发出通过该致动器移动隔膜(Diaphragm)实现液体输送的聚合物致动器泵。这种微型泵可以产生超过30个大气压的压力。 可以轻松实现包括需要高压的DNA过滤器等的分子筛在内的微流路中的溶液移动。同时由于是在1.5V的低电压下工作,因此能够利用电池驱动。另外由于即使切断驱动电压也可保持加压状态,因此能够把耗电量控制在最小。 另一方面,在实现DNA过滤器时还有效利用了IMEC的最尖端硅微细加工技术。在直径为1μm、高度超过20μm的高纵横比硅圆柱体上实现了以1μm间距规律配置的筛孔结构。当溶液通过这些硅圆柱体群的筛孔时,能够以50对碱基的高精度分离长度不同的SNP检体。

    时间:2012-03-21 关键词: 芯片 dna 过滤器 基因检测

  • 在DNA上存储信息已经够便宜了 有望实现商业化

    据国外媒体Quartz报道,如今,将数据信息存储在DNA上的成本已经足够便宜,因此该技术有望实现商业化。 我们需要承认这样一个事实:我们已经成为数码囤积者,耗费大量的空间来存储我们的数据。 2016年,人类共计产生了16.1万亿GB的数字信息;到2025年,这一数字预计将增加十倍以上。我们的个人照片、文本和电子邮件只是占很小的一部分;真正的数据洪流来自于科学家们在其研究活动中所创造的海量信息,比如进行实验和临床试验,深入研究生物的最小组成部分;观察其他行星,尽可能深入地观察浩瀚的宇宙。而我们目前放置数据的地方——外部硬盘和云服务器机房——大部分都称不上完美的解决方案。它们占用大量的空间,而且每隔十年左右就需要升级一次。 生物技术创业公司正在寻找从我们的身体内部来解决这个问题。具体地说,就是利用我们的细胞。 大容量存储的最新趋势是在DNA中编码数据。毕竟,基因材料已经是一种编码技术。它编码的生活:每个人体细胞包含30亿个碱基对。配对的核苷酸要么是腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T),要么是鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)。它们的序列,是所有执行我们(和所有生物)存活所需的功能的蛋白质的秘诀所在。 包括美国国防高级研究计划局(DARPA)在内的几家机构已经开发了基于DNA的存储系统,这种系统能够将各种信息编码到微小而稳定的分子链中,分子链能够持续数千年。 只有一个问题:制造编码信息的独特DNA成本十分高昂。据《连线》杂志报道,印制目前录制一分钟立体声音所需的150万对碱基对,成本约为10万美元。 总部位于波士顿的Catalog公司正试图降低那些成本。该公司是由麻省理工学院的前研究人员创办的。Catalog并不是用信息填充一长串DNA,而是制作20到30个碱基对长的DNA片段,这些片段可以用酶缝合在一起。这些片段的排列决定了它们的意义。本质上,它就像一种语言:在英语中,只有26个字母,但通过各种组合,理论上,我们可以创造出无数不同的单词。Catalog估计,存储1MB数据的成本将不到0.001美分。作为参照,在Spotify上,一分钟最高质量的立体声音约为2.4MB。 6月26日,Catalog宣布,它已经使用这一系统将道格拉斯·亚当斯(Douglas Adams)的小说《银河系漫游指南》(A Hitchhiker’s Guide to the Galaxy)和罗伯特·弗罗斯特(Robert Frost)的诗《未选择的路》(the Road Not Taken)存储到基因材料当中。该公司还表示,已经获得了来自不同风险投资公司的900万美元投资。它计划明年将其技术商业化。 任何对该技术感兴趣的公司可以将其想要存储的数据提交给Catalog,然后Catalog会将那些信息转换成二进制代码,即由0和1组成的长链。接着,该公司的流程为每个核苷酸分配一对0和1;例如,“A”可以是00,“C”可以是01,“T”可以是11,“G”可以是10。之后,通过使用这种DNA代码,数据被转换到一小瓶的基因材料里。小瓶子可以安全地存放在任何温度达到4摄氏度的冰箱里,比如餐馆使用的那种冰箱。 当信息以这种方式存储时,你需要使用密钥来将DNA解码回二进制代码,然后转换回可读的格式。Catalog的创始人之一Hyunjun Park表示,一旦公司开始对信息进行编码,他们就会将他们的密钥公开,这样客户就可让任何人都能够对他们的信息进行重新排序。然而,企业可以请求获得一个新的私有密钥,这样他们的信息就有了额外的加密层。 如果Catalog的技术真如它所说的那样有效,那么该公司将有望为使得基因数据存储可为任何人所用和持续数百年铺平道路。Hyunjun Park说,该公司正与档案学家合作,寻找在DNA编码中加入清晰而持久的密钥的最佳方式,以便未来我们的曾曾孙(或外星入侵者)能够自己解码Catalog DNA。

    时间:2018-07-02 关键词: dna 存储信息

  • LED灯加速DNA复制

    如今LED灯的用途不仅局限于照明,而且已广大应用范围至生物DNA研究领域。美国研发利用LED灯加速DNA复制,为急救事业带来新希望。 生物工程学教授,本研究的资深研究员Luke Lee教授表示:“光电PCR系统是一个快速、敏锐且低价的检测方法。它能与超快基因组检测芯片结合运作,这能使PCR系统在医疗领域发展出实际用途。因为这项技术能够提供实时血糖检结果,我们可以使用于各种不同的环境中,不论是非洲乡下或医院急诊室皆适用。”     光电PCR在黄金薄层上迅速加热并冷却电子,在数分钟内进行基因复制(影像来源:Luke Lee’s BioPOETS lab) 据7月31刊于《Light: Science & Application》期刊的研究显示,这个超快温感调控技术,大幅扩展聚合酶链锁反应(polymerase chain reaction ,PCR)测试的临床及研究应用,将原本超过一小时的检测时间,大幅减至短短几分钟。 聚合酶链锁反应(以下简称PCR)测试藉由复制单一DNA序列,制造出数千至数百万的副本,从复制学研究到鉴证分析及亲子鉴定,这样的技术已经成为基因学应用的重要环节。PCR测试多应用于初步诊断遗传及传染性疾病,同时用来分析古代木乃伊和长毛象的DNA样本。 1993年,发现者凯利‧穆利斯(Kary Mullis)及麦可‧史密斯(Michael Smith)使得PCR测试有重大突破,对现代科学的贡献,因而得到诺贝尔奖肯定。 使用LED,加州柏克莱大学研究人员能在薄层黄金接口上加热电子及DNA溶液。他们计算加热溶液的速度,大约为每秒摄氏12.7度。降温时可达到每秒摄氏6.6度的惊人速度。 生物工程学教授,本研究的资深研究员Luke Lee表示:“PCR是很有利且在医疗界广泛使用的测试,但是现有的PCR测试系统相对较耗时。考虑到传统的加温器仪器耗电量大且造价昂贵,一般通常在实验室里进行此测试。由于整个过程大约需一小时,因此不适合用于实时血糖检测。我们的系统却能在几分钟内得出检测结果。”     超快光电PCR测试利用LED灯在薄层黄金表面上复制基因样本(摄影: Jun Ho Son) 传统PCR测试的耗时之处在于加热以及降温DNA溶液的过程太长。PCR检测需要重复温度改变才能进行─在三个温度点之间平均要重复30个循环─以复制基因的序列。这个过程牵涉到拆解双炼的DNA序列,并将单炼与其对应链结合。随着每次加热降温的循环,DNA样本数将会双倍成长。 为了提高温度循环的速度,Lee教授和他的研究团队利用电浆子光学(plasmonics)的原理,或所谓的光与电子在金属表面的互动现象。在接收到光照时,自由电子会渐趋活跃而开始震动,产生热能。一旦切断光照,振动及热能就消失。 黄金因为其易吸光的效率而成为这种电浆子光学电子热能加热的热门金属接口。除此之外,其附加价值是能够植入生物系统中,因此可以用于生物医学工程应用。在研究中,研究人员使用120奈米厚的黄金薄层,大概是一个狂犬病病毒的宽度。黄金被置于一片微流道芯片上,用来装载PCR混合物与DNA样本。 光源为一道置于PCR芯片下方的现成LED灯。LED灯调整为光加热效率最高的最大辐射450奈米波长。研究人员能在5分钟之内将整个循环重复30次由摄氏55度加热至摄氏95度循环。他们测试了光电PCR系统复制样本DNA的效率,发现结果优于传统PCR测试。 此研究的主导研究员Jun Ho Son是Lee教授研究室中的柏克莱博士后研究员。比尔与美琳达•盖兹基金会以及韩国国家研究基金会赞助支持此研究。 由此研究能够预见, LED与生物科技结合的例子,预期未来会越来越多,不只是植物照明、医美光源而已。

    时间:2015-08-05 关键词: LED dna

  • DNA“折纸术”有助研发速度更快更廉芯片

    为了使计算机芯片速度更快、价格更便宜,电子产品制造商往往采用削减生产成本或者缩小元件尺寸的方法,但美国杨百翰大学的研究团队报告称,DNA“折纸术”可能有助实现这一目标。该团队日前在美国化学学会第251届全国会议暨博览会上提交了相关成果。       参与研究的亚当·伍利博士说,DNA的体积非常小,具有碱基配对和自组装的能力,而目前电子厂商生产的芯片最小为14纳米制程,这比单链DNA的直径大10倍以上,也就是说,DNA可成为构筑更小规模芯片的基础。 DNA最为人熟知的是由两条单链构成的双螺旋结构。其“折纸术”则是通过将一条长的DNA单链与一系列经过设计的短DNA片段进行碱基互补,从而可控地构造出高度复杂的纳米结构。但伍利的团队并没满足仅仅复制通常在传统的二维电路中使用的扁平结构。他们使用DNA作为支架,然后将其他材料组装到DNA上,形成电子器件。具体是利用DNA“折纸术”组装了一个三维管状结构,让其竖立在作为芯片底层的硅基底上,然后尝试着用额外的短链DNA将金纳米粒子等其他材料“系”在管子内特定位点上。 伍利表示,在二维芯片上放置元件的密度是有限的,而三维芯片上可以整合更多的元件。但问题是,DNA的导电性能太差。研究人员为此正在测试管子的特性,并计划在管子内部加入更多组件,最终形成一个半导体。 该团队的最终目标是将这种管子,或者其他通过DNA“折纸术”搭建的结构放到硅基底的特定位置,并打算将金纳米粒子与半导体纳米线连成一个电路。 伍利指出,传统芯片制造设施的成本超过10亿美元,部分原因在于生产尺寸极小的芯片组件需要价格昂贵的设备,并且多步骤生产过程需要数百台仪器。相比之下,如果将DNA“折纸术”这种自组装技能应用于制造计算机电路,将大大节约成本

    时间:2016-03-23 关键词: dna 纳米结构 计算机芯片

  • 日本科学家尝试使用DNA代替硬盘进行存储

        日本庆应义塾大学尖端生命科学研究所近日发布新闻公报说,该研究所和相关部门研究人员通过向细菌天然DNA(脱氧核糖核酸)序列的不同位置插入相同的人造DNA序列,开发出了用细菌长期保存数据的技术。活细菌调理下有望成为比CD光盘和计算机硬盘更经久耐用的存储介质,并有可能用于开发保护农产品知识产权的新手段。   一切生物都拥有记录遗传信息的DNA,遗传信息会通过基因组代代相传。从这个角度来说,DNA其实也是一种存储和记忆介质。日本专家指出,通过转基因技术,向细菌的DNA序列插入人造序列,就可以记录和保存人造序列中包含的数据。另外,细菌体积远远小于CD光盘、记忆棒和硬盘等存储器件。这意味着细菌有可能成为长期保存大容量数据的介质。   不过,生物的DNA序列会随着世代更替而发生变化,插入的人造序列也会跟着改变,使记录的数据产生缺损,这是用细菌存储数据面临的一大难题。庆应义塾大学研究人员找到的解决办法,是把人工合成的DNA复制数份,分别插入枯草菌DNA序列的不同位置,这样即使记录的部分数据遭受破坏,也能依靠别的副本的正确数据来修复。   研究人员利用计算机模拟得出的结果显示,如果是10个文字的信息量,那么在细菌保持正常繁殖速度不变的情况下,数据可原封不动地被保存几百年乃至几千年。   日本专家称,将来也许可以利用这项新技术在转基因作物中写入由遗传密码组成的“签名”,以防农产品知识产权被侵犯。

    时间:2007-02-28 关键词: 存储 日本 科学家 dna

  • 华大基因推出基于GPU加速的DNA定序服务

    英伟达公司宣布,全球最大的基因组研究所华大基因正在推出一项服务,该服务让世界各地的研究人员能够以较低的价格在云端执行下一代定序(NGS)生物信息学分析。 全新的“EasyGenomics ” 服务由位于中国深圳的华大基因提供,该项服务将直观的用户界面与华大基因自动化的流水线分析、软件以及工具相结合。它们与业内最大的定序平台集成在一起,为生物学家、生物信息学家以及最终为内科医生提供所需的全部内容,使其能够提交和收到DNA定序数据的自动化分析。 英伟达GPU可加速处理大型DNA数据分析,与使用基于CPU的系统相比,能够令处理时间从数日缩短至区区数小时。EasyGenomics由英伟达GPU加速,因而为全球研究人员大大扩展了高级基因组研究功能的可用性,让科学离低价可行的个性化药品时代更近一步。 针对2012年Bio-IT World展会上符合资格要求的生物学家和生物信息学家,华大基因现在正在推出这项全新服务的有限免费试用。如需了解更多信息或如需申请免费试用,敬请访问EasyGenomics网站。 华大基因副总裁方林(音译)博士表示:“通过让更多研究人员以更低的价格更轻松地加速DNA定序数据,我们希望能够便于医生在临床诊断以及复杂的疾病研究中把运用基因组作为医疗工作的一个可行的组成部分。GPU加速让科学家能够比以往更快地分析DNA定序数据,将所用的时间从五天缩短至短短五个小时。 在云端充分完成部署之后,我们预计EasyGenomics将在基因组研究领域中掀起革命。” EasyGenomics云服务采用基于英伟达(NVIDIA) Tesla M2070和M2075 GPU的混合型计算系统,这些 GPU连同系统CPU一起为DNA定序数据分析加速。当EasyGenomics服务充分完成部署时,华大基因计划新增数以百计的英伟达Tesla GPU来对其进行升级,届时预计该服务将支持数以千计的用户。 英伟达公司Tesla事业部高级总监Sumit Gupta表示:“由于定序成本的下降,今年或将成为1,000美元基因组之年。我们很快将淹没在基因组定序的海量数据当中。华大基因的EasyGenomics服务利用GPU计算的处理能力来为科学家提供一条低价且简单易用的途径,使其能够轻松解决这种全新的大型基因数据问题,让我们能够离有效而低价的个性化医疗更近一步。” 从植物与大肠杆菌到大熊猫,在对各种生命形式进行基因组定序这方面,华大基因从事着开创性的工作,目的是开发出更好的药物、改善医疗以及开发出基因更优秀的食物。 华大基因总部位于中国深圳,在美国马萨诸塞州坎布里奇和丹麦哥本哈根设有分支机构,其目标是让最前沿的基因组科学得到普及。 更多计算机与外设信息请关注:21ic计算机与外设频道

    时间:2012-05-23 关键词: 服务 dna 基因 GPU

  • 哈佛开发DNA硬盘:1立方毫米存储704TB数据

    北京时间8月21日早间消息,早期的研究已经可以把DNA做成电路或小工厂,但从没见过将DNA当做存储介质的。哈佛大学的研究人员却将这一梦想变成了现实。 这个由乔治·切齐(George Church)、瑟里拉姆·库苏里(Sriram Kosuri)和高原(Yuan Gao,音译)领导的团队可以将96比特数据存储到DNA链中。具体方法则是为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶分别赋予二进制值,随后通过微流体芯片对基因序列进行合成,从而使该序列的位置与相关数据集相匹配。 这项技术表面看起来似乎没有什么了不起,但用微观物质存储宏观数据却会达到意想不到的效果:1立方毫米即可存储704TB的数据,相当于数百个硬盘的容量。虽然这一成果令人振奋,但流程还很缓慢,因此不能存储对时效性要求较高的数据。另外,DNA中的细胞可能会破坏DNA链,所以不适合数据传输。 但无论如何,如此大的数据密度还是有望备份全人类的知识。不过,多数人的想法可能更加实际——什么时候能用可以承受的价格买到一块有机硬盘? 更多计算机与外设信息请关注:21ic计算机与外设频道

    时间:2012-08-21 关键词: dna tb 哈佛 704

  • DNA硬盘成大数据福音:1克DNA可存储700TB的数据

    而根据市场调研机构Data Center Knowlege 2010年的非精确统计,估算全球运行的服务器数量超5000万台。IDC则预测,今后10年,用于存储数据的全球服务器总量还将增长10倍。 大数据时代汹涌而来,我们开始思考如何高效地存储数据。 今年8月,哈佛大学的研究人员成功开发出“DNA硬盘”:可将约700TB的数据存储进1克DNA中。他们合成了一个可存储96比特数据的DNA链,为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶分别赋予二进制值,随后通过微流体芯片对基因序列进行合成,使该序列的位置与相关数据成匹配,读取数据时,只需再将基因序列还原为二进制即可。 根据网上相关文章的数据,1克DNA不到一滴露珠大小,其数据存储量却相当于1.4万张50GB容量的蓝光光盘,233个3TB的硬盘(重量达151千克)。 显然,现在世界上任何存储设备都无法与DNA相提并论。“DNA硬盘”兼具体积小、密度大、稳定性强等多个优点,对它的利用是人类目前能想到的最美妙的事情之一。 早在2007年,生物学家就把枯草杆菌作为实验对象,将信息植入其DNA,一个细菌能够存储1/5的《圣经新约》(该书约有100万个英文字母),数据保存时间可达数百至数千年。 而今年1月,德国的一个联合科研团队以三文鱼DNA材料为基础,制造出可单次写入多次读取的存储器,不过这种设备最多只能将数据保存30个小时。 一直以来,细胞的分裂与死亡困扰着研究“DNA硬盘”的科学家们,此次哈佛的研究人员使用了人造合成的DNA,以期解决这个问题。但另一个难题是,由于编码存储和读取过程太过昂贵,DNA存储离商业化还有很长的一段距离。不过,这一实验至少为解决未来的数据存储难题指出了一个方向。 .

    时间:2012-10-10 关键词: 700 dna tb 硬盘

  • 未来计算机:DNA、黏菌和其他奇怪玩意儿

    说起计算机,我们都知道它是用金属、塑料和芯片做成的神奇机器,能将电流转变为数字现实。再过一个世纪,计算机将和现在完全不同。未来的计算机可能由神经和化学试剂组成,也可能用细菌菌落和光线构筑——它们将令我们这些带着21世纪过时观念的人类相见不相识。 不切实际?是有那么一点。但计算机也不过一种处理信息的工具罢了,无需拘泥于特定的材料形式。毕竟,最初的计算机就是人本身。很多还健在的人都见证过电子管被指甲盖大小的晶体管取代的伟大过程。 下面我们将见识一些非常“非主流”的计算机。 黏菌懂计算机 “非传统计算的动人之处在于能够将风马牛不相及的事物联系起来。”西英格兰大学非传统计算中心主任安迪·阿达马特兹基(Andy Adamatzky)说。他曾利用通电液晶、化学黏液和碰撞粒子构建计算机,但他最享有盛名的工作是利用一种低等黏菌——绒泡菌所做的研究。 黏菌这种长得像变形虫的生物生活在败枝腐叶之中。在生命的不同阶段,他们可能是单细胞生物,也有可能数以百万计地融合起来,成为蛞蝓一样的一坨原生质团。原生质团的形式在黏菌觅食时展现出来。在觅食过程中,黏菌展现出惊人的航行技艺和解决几何问题的能力。 黏菌尤其善于为复杂的网络问题寻找解决途径,例如为西班牙的高速公路或东京的铁路系统做有效率的设计。阿达马特兹基和同事的计划走得更远,他们在项目描述中写道:他们的“绒泡菌芯片”将成为“由黏菌构建并操作的发散式生物态计算设备”。 “具有生命力的原生质管道网络会像一个活跃的非线性信息传感器那样运作,而覆盖有导线的管道模板则起到快速信息通道的作用。”研究者这样描述,“和杂交芯片中的传统电子元件结合在一起,绒泡菌网络将从根本上提高数字电路和模拟电路的性能。” 绒泡菌芯片,由黏菌构建并操作的发散式生物态计算设备 黏液有神力 被黏菌解决问题的能力启发,阿达马特兹基和西英格兰大学的同事杰夫·琼斯(Jeff Jones)将黏菌的行为规则编成了关于化学吸力计算模型。就像俄罗斯的“套娃”一样,将黏菌的行为看作一种体现化学吸引的程序,并将这种程序翻译成计算机程序。 这篇文章3月25日发表在arXiv网站上。文中,琼斯和阿达马特兹基通过刺激化学黏液解决了一个极具迷惑性与挑战性的经典数学问题——寻找连接多点的最短距离。当点数很少时问题并不复杂,但点数多时就非常棘手了——不过对黏菌来说并非如此。 液晶运算好 复杂流体是一类能够在两种相态之间灵活转换的材料。数十年来,研究这些奇怪材料的科学家一直对不同温度和压力下液晶展现的离奇几何形态倾心不已。这些几何形态是信息的具体化,是结晶的相互作用,也是计算的一种形式。通过对液晶薄片通电,阿达马特兹基带领的研究人员能完成基本的数学和逻辑运算过程。 DNA插一脚 加利福尼亚理工学院的合成生物学家埃里克·温弗里(Eric Winfree)的研究成果,图中显示一串经过编程的DNA用A、C、T、G四种碱基在进行合成。 合成生物学家的成就总令人难以企及。这些人似乎每周都能宣布一些新方法,将生命的基石变成细胞计算机的零件。然而即使在这人才济济的领域,斯坦福大学研究者的成果仍旧非常突出:上星期,他们宣布开发出一种基于蛋白质的晶体管。 这种被称为“转录器”的晶体管负责控制逻辑操作,是将细胞改造成计算机的三大组件的最后一件——其他两件,可擦写存储器和信息传动装置已经被开发出来了。最近这项研究负责人,合成生物学家德鲁·安迪(Drew Endy)构思利用植物构建环境监视器、制作经过编程的组织乃至医疗设备。 安迪说:“电影《神奇旅程》中的场景将可能成为现实。” 斯坦福大学的研究者设计的细胞门电路,它们通过所处的信息状态让细胞呈现红色或者绿色 进化做设计 ​大多数分子计算机都是以人类对计算机的概念为蓝本设计的,但正如荷兰特温特大学的应用数学家哈乔·布罗尔斯玛(Hajo Broersma)所说:“最简单的生命系统又有着让所有人工技术相形见绌的复杂精细度”——它们甚至还不是被设计出来的,是进化造就了它们。 在“起源计划”(NAnoSCale Engineering for Novel Computation using Evolution,NASCENCE)中,布罗尔斯玛和同事计划利用进化的能力,把分子的组合及它们的自然性质运用在出人意料的而且强大得难以置信的领域。他们希望构建一个系统,能通过纳米级的粒子网络与数字计算机进行交流,并利用计算机设置目标算法,利用进化将这些粒子引向目标。 “我们希望为对传统方法和计算模型而言非常棘手的问题提供别的解决方法。”他们写道。其中一个设想是将计算机芯片设置成分子结构中常见的几何形态,例如这里展示的大肠杆菌核糖体RNA。布罗尔斯玛的团队认为这项设想的成功实现可能“为下一次工业革命打下基础”。 设计成大肠杆菌核糖体RNA形态的计算机芯片​ 粒子碰撞机 欧洲大型强子对撞机(LHC)长达17英里(大约27公里多)的身形使它成为全球最大的粒子加速器。它有没有可能也是全球最大的计算机呢? 利用LHC进行超环面仪器(ATLAS)实验时质子的碰撞 短期内还不是,不过想想还至少是可能的。阿达马特兹基的另一项追求被他称为“基于碰撞的计算”,也就是是经计算建模的粒子快速通过数码回旋加速器,利用粒子间的相互作用进行运算。“数据和结果就好像划过空中的皮球一样。” 阿达马特兹基说。 受刺激的粒子碰撞随时间的发展变化 量子计算机 量子纠缠是一种量子力学现象,描述的是两个相聚非常遥远的粒子仍然通过时空相互联系,一个粒子的改变立刻会影响到另一个。诸如此类的量子力量令人毛骨悚然,但利用这些力量构建计算机的想法却已有些年头了。虽然量子计算机要面世还早得很,相关成果却在不断累积:利用更多粒子展现,纠缠现象已达到肉眼可见的程度。这种现象被用于控制机械物质。 最近的成果被发表在3月31日的《自然-光子学》杂志上。马里兰大学的物理学家伊度·瓦克斯和同事成功用逻辑电路控制光子。这些逻辑电路由量子点或者受激光和磁力控制的半导体晶体构建而成。研究者写道,这些成果“代表了向固态量子网络迈出的重要一步”。 用逻辑电路控制光子 冻结光线 如果利用纠缠的光子运行计算机还言之过早的话,这里还有一种以光作为基础的计算方式——非量子的。当温度低到只比绝对零度高一点时,超低温的原子云可能能够拖慢并控制光。利用这种现象也许能制造光学计算机芯片。  量子大脑 人们总是很容易地将思维联想成计算机。在这个意义上说,大脑就是信息处理系统。然而,它们还比任何工程设备都复杂并精密得多。 即使量子计算现在仍是个遥不可及的梦想,一些科学家思考意识背后的量子物理学。这个问题还尚未解决,不过研究者在一系列非人类的细胞中观察到了量子过程,这为量子在意识中的作用提出了扣人心弦的可能。 “人类意识中有量子运算过程,不过仅仅发生在潜意识水平,”帕多瓦大学的理论物理学家帕奥拉·孜孜(Paola Zizzi)说道:“由于量子运算比经典的运算过程快得多,潜意识的思考也比有意识的思考要快得多,前者为后者‘做了准备’。” 一旦量子思考过程在我们的大脑中被鉴别出来,也许会启发我们设计出现在无法想象的计算机。“概括地说,这是许多非传统计算机构的前进动力。”《可计算的宇宙:将自然当成运算去理解和探索》(A Computable Universe: Understanding and Exploring Nature as Computation)的编者,瑞典卡罗琳斯卡大学的计算机科学家赫克托·詹尼尔(Hector Zenil)这样说。 詹尼尔并不相信大脑里的量子运算那一套,但他眼中的世界的确布满了信息化过程。他说,像他和孜孜那样的研究人员正在竭尽所能地“运用大自然可能使用的一切运算原则去构思新型计算方式”。 宇宙也是计算机? 在《可计算的宇宙》一书中,詹尼尔和其他其他人把运算看作一个抽象的过程。任何具有存储和信息处理能力的系统都能在逻辑的限度内进行运算。他们认为,计算机并不仅仅可以用化学物质或细胞或光线制造。宇宙本身可能就是一台计算机,处理由我们日常的经历、以及其他一切事物组成的信息。 这是个棘手的构思——如果宇宙是运算的,谁是运算者?出于明显的理由,要验证这个构思非常困难。不过,詹尼尔认为不无可能。在他关于存在的算法研究中,他开发了量度数据分布的方法,可能被用于检验现实是否运算的结果。 这个命题成立的话,生命在线性机械排序的作用就到头了。如果这就已经是个骇人听闻的设想,那么接下来这个肯定也是——预订的机械过程并不支配“宇宙计算机”。存在物的某些方面肯定是不可判定的,也就是不可能通过算法或预测作事先描述。在这个计算机里,鬼魂也依然是存活的。

    时间:2013-04-10 关键词: dna 计算机

  • DNA海量存储问世 基因芯片迎机遇

    据海外媒体报道,欧洲生物信息研究所的专家们日前开发出了一项利用DNA存储数据的技术,优越性十分明显,其海量容量是传统介质无法比拟的。目前这项技术所面临的唯一障碍就是成本过高,不过专家表示该技术有望在十年内将其普及。研究人员表示,这一基因代码可以把数十亿的信息包含在一克DNA分子中,而一毫克的分子将美国国会图书馆(Library of Congress)中的所有书籍完全编码后仍绰绰有余。不过这一切目前还只停留于理论上。     DNA,即脱氧核糖核酸,主要功能是存储包含各种指令的生物信息,组成DNA的有G(鸟嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)四种碱基,并通过四种碱基不同顺序的编码,存储了生物的所有遗传信息。谈到存储信息,现有的硬盘无法跟DNA相比。 在一项新的研究中,研究人员将一本完整的遗传学教材保存在了不到一沙克的DNA中,这一突破将彻底改变我们未来存储数据的能力。据媒体报道,George Church领导的一个团队创建了基于任意细胞的DNA信息归档系统,并利用喷墨打印机将使用化学方法合成的DNA片段嵌入到微小的玻璃芯片表面。 编码数字文件时,研究人员将其划分为小块数据,但不是以当前通行的0、1来表示存储数据,而是以组成DNA的四种脱氧核苷酸(碱基)As、Cs、Gs和Ts表示。每一个DNA片段还包含一个数字“条码”,记录它在原始文件中的位置。读取数据时,需要借助DNA测序器与计算机把所有DNA片段中的编码按标记顺序排列,并将其转换为数字格式。计算机负责纠错,因为每个DNA片段都被复制了上千份副本,任意一个出错都能通过其它副本来修正。 为证明该系统的可行性,研究团队先将遗传学教材转换并存储到DNA存储芯片上,然后再转换回数字格式。演示系统的出错率为百万分之二,总共只有几个单词拼写错误。这种效果等同于DVD,且远胜于磁盘存储设备。再加上其尺寸微小,因此研究团队在发布到《Science》的研究报告称,DNA芯片是当前已知存储密度最高的介质。

    时间:2013-05-10 关键词: dna 海量存储 基因芯片

  • DNA海量存储问世 基因芯片迎机遇

    DNA海量存储问世 基因芯片迎机遇

    据海外媒体报道,欧洲生物信息研究所的专家们日前开发出了一项利用DNA存储数据的技术,优越性十分明显,其海量容量是传统介质无法比拟的。目前这项技术所面临的唯一障碍就是成本过高,不过专家表示该技术有望在十年内将其普及。研究人员表示,这一基因代码可以把数十亿的信息包含在一克DNA分子中,而一毫克的分子将美国国会图书馆(Library of Congress)中的所有书籍完全编码后仍绰绰有余。不过这一切目前还只停留于理论上。    DNA,即脱氧核糖核酸,主要功能是存储包含各种指令的生物信息,组成DNA的有G(鸟嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)四种碱基,并通过四种碱基不同顺序的编码,存储了生物的所有遗传信息。谈到存储信息,现有的硬盘无法跟DNA相比。 在一项新的研究中,研究人员将一本完整的遗传学教材保存在了不到一沙克的DNA中,这一突破将彻底改变我们未来存储数据的能力。据媒体报道,George Church领导的一个团队创建了基于任意细胞的DNA信息归档系统,并利用喷墨打印机将使用化学方法合成的DNA片段嵌入到微小的玻璃芯片表面。 编码数字文件时,研究人员将其划分为小块数据,但不是以当前通行的0、1来表示存储数据,而是以组成DNA的四种脱氧核苷酸(碱基)As、Cs、Gs和Ts表示。每一个DNA片段还包含一个数字“条码”,记录它在原始文件中的位置。读取数据时,需要借助DNA测序器与计算机把所有DNA片段中的编码按标记顺序排列,并将其转换为数字格式。计算机负责纠错,因为每个DNA片段都被复制了上千份副本,任意一个出错都能通过其它副本来修正。 为证明该系统的可行性,研究团队先将遗传学教材转换并存储到DNA存储芯片上,然后再转换回数字格式。演示系统的出错率为百万分之二,总共只有几个单词拼写错误。这种效果等同于DVD,且远胜于磁盘存储设备。再加上其尺寸微小,因此研究团队在发布到《Science》的研究报告称,DNA芯片是当前已知存储密度最高的介质。

    时间:2013-06-24 关键词: dna 存储技术 储问世

  • 植入芯片 让人类超越DNA的规律

    植入芯片 让人类超越DNA的规律

     今年34岁的尼尔·哈比森(Neil Harbisson)出生在爱尔兰贝尔法斯特。先天色盲的他无法辨别颜色,大千世界的斑斓色彩在他看来不过是深深浅浅的灰色。 色盲常被认为是缺憾,但哈比森从未将黑白视界等同于残疾。“我能看得更远。没有颜色分散注意力,我能更好地记忆物体形状。”哈比森用独特的中性嗓音说。     不过他终究难免对色彩产生好奇。从小接受音乐训练的他在十几岁的时候突发奇想:能否用“听”的方式感知色彩呢?他想用植入设备的方法来弥补先天不足,搞技术并非他所擅长,(网易科学人)最初的几次尝试都以失败告终。在20多岁时,他找到一位外科医生来帮他实施心中的疯狂计划。(由于人体改造涉及法律问题,该医生至今未公开身份) 哈比森与英国研究者亚当·蒙坦顿(Adam Montandon)合作开发了一个头戴式“光-声”转换器,通过微型摄像头将眼前的色彩转换成不同音高的声音。最初的设备十分简陋,只能识别16种颜色。改进后可识别的颜色大大增加,重量也更为便携。最终哈比森索性将这根灯笼鱼一样的天线植入到头骨中。     (图/MAREK ZAKRZEWSKI, EPA) 光纤传感器拾取他面前的颜色,植入在头骨内的芯片将光转换成不同频率的震动。这些震动使哈比森的头骨变成他的“第三只耳”,帮助他“听到”色彩。头骨植入物包含一个微震动芯片,另外还有一个蓝牙通讯模块,方便别人用智能手机给哈比森分享颜色。 这个怪异而大胆的人体辅助设备让哈比森成为众人(网易科学人)瞩目的对象,随后他成为全球首位受政府认可的合法电子人。哈比森所持英国护照上的照片就是他戴着天线的形象。 在习惯之后,哈比森坦言这种感知方式已经跳出传统视觉或听觉的范畴,更像一种第六感。     (1.25万年前,人类适应高海拔地区 图/Owen Freeman) “光触角”不仅弥补了哈比森的先天缺陷,更让他“因祸得福”具有超出常人的光感知能力。当他盯着天花板上的灯,能察觉到遥控器红外信号的熄灭。普通人在花园里看到蜂群飞舞,哈比森还能看到花蜜的紫外线花纹。靠蜜蜂传粉的花朵有其独特的紫外线标记,能够为蜜蜂所见而普通人眼却不能察觉。 美国科幻作家雷蒙德·库茨魏尔(Raymond Kurzweil)在著作《奇点临近》中预言科技设备将导致“人类潜力的巨大扩张”。在科幻思维泛滥的美国,有一派“超人类主义”(Transhumanism)便主张人类使用科技超越自身肉体局限。 哈比森因此被视为未来主义的先行者。虽然他无意践行科幻作家们的狂野幻想,但他对自己“全球首位合法电子人”身份的自豪的确在一定程度上起到很好的宣传作用。英国舞蹈艺术家Ribas紧随其后,在手臂上植入一个永久性的感应磁体来感知地球上的每一场地震,并将大地母亲的频率融入到自己的舞蹈中。(网易科学人)Ribas将机械和自己的职业乃至生活连接到一起,成为一个半机械人艺术家。 库茨魏尔豪言人类终将超越生物身体的所有限制。“扩展我们自身——这便是人之为人的意义所在。” 显然,在利用科技改造自身的赛博朋克之路上,哈比森的光触角实践只是一个开始。人类是否在重新定义“演变”?通过植入科技设备改造自身,是否会成为下一个演化趋势?     (8000年前,人类适应沙漠气候 图/Owen Freeman) 解剖证明,所有的现代人都是在5万到8万年前从非洲迁徙而来。在从四肢行走向采集渔猎发展的过程中,发展出适应温暖气候的遗传特性。随着之后人类在世界各地的迁徙,(网易科学人)不同的环境进一步塑造了不同的遗传特性。 如今不同人种深浅不一的肤色也都由原初非洲人黑色的皮肤演化而来。事实上,研究人员称,一万年前的欧洲人的皮肤看起来和非洲兄弟还并无二致。随着时间的推移,北方的气候让欧洲人体表色素沉着减少,以便能够吸收稀缺的太阳紫外线,进而更高效地合成维生素D。同样是由于环境特异性的原因,因纽特人拥有远超其他人种的 ω-3脂肪酸的消化能力,而阿根廷San Antonio de los Cobres地区的当地人进化出了能直接饮用含砷水的肠胃。 面对使种族延续的机会,生命体从不保留自己花样百出的能力。中东居民不同于北欧人的基因变异帮助他们免遭乳糖不耐受的烦恼,非洲人通过十几种不同的遗传来帮助他们抵御疟疾,而西藏高原和安第斯山脉等高海拔地区的人各自独立发展出了适应高原气候的体格。 有证据表明,西藏人民通过与一个名为丹尼索瓦人(Denisovans)的远古人种混血获得高原基因。平原地区的人在高海拔地区会出现呼吸困难,甚至会得“高原病”。一段时间后,身体为了适应这一情况会生产更多红血球来捕捉稀有的氧气,但是由于我们身体从未适应高原环境,有可能一下子生产过多红血球。后果是血液变得太粘稠,血压随之升高,带来中风的危险,如果是孕妇还可能导致妊娠毒血症。而藏人不会有这些问题,他们不会制造过多的红血球,也不用担心血液粘稠的问题。(相反,高原人初到平原地区多会出现醉氧问题,俗称“低原反应”) 古代北欧人能喝上牛奶也得益于一场基因突变。对冰河时代的欧洲成年人而言(非婴儿),牛奶本质上是一种毒素,因为他们身体在断奶后就停止乳糖酶的生产。基因突变随着畜牧业的普及传遍欧洲大陆,今日惯于饮奶的欧洲人大多是第一批乳糖耐受的奶农的后裔。从某种意义上讲,乳制品帮助牧民在欧洲取代传统采集民族,就像水稻在东亚帮助农民战胜狩猎和采集者。 “作为一种时刻准备采取行动的力量,(网易科学人)自然选择的作用远远超出人类微弱的努力,一如绝伦天工之优于人工手笔。”达尔文在1859年出版的《物种起源》中如此写道。一个半世纪之后的今天,先哲关于自然和人类力量对比的观点受到质疑。近代人类文明的突飞猛进让自然演化的步伐相形见绌。当有马可以骑,谁还会选择跑呢? 文化和科技是促进今日世界发展的主要动力。电子显示屏和24小时时间制在几百年间重塑了世界面貌,但我们的身体却未对此作出任何堪称及时的转变。 传统的遗传依赖偶然变异和有性繁殖传播。小鼠每三周繁殖一代,人类需要三十年左右才能产生下一代。按照这个速度,新遗传特性需要数千年才能在整个人群中普及。鉴于遗传演化的繁琐和低效,它被技术取代也不足为奇。 “在DNA的时代,一个新突变需要十万年的时间才能传播自身。今天一个新款手机或革命性的生产程序在一周内便可传遍世界。”哈佛和MIT分子工程师乔治·丘奇(George Church)感叹。     (当前时代,科技发展的速度超过了生物体自然演化的速度 图/Owen Freeman) 正如赛博朋克作家威廉·吉布森(William Gibson)所指出:“未来已来,只是还未普及。”一部分现代人已习惯于生活在跨时区旅行和跨国婚姻中,分子医学和基因治疗成为老生常谈,人们跃跃欲试要在原生基因组上打造更大的奇迹。但对更多生活在发达地区之外的人而言,DNA仍然等同于命运。 自然选择并未因科技大行其道而消失,依旧按照其原来的步伐踽踽前行,在很多情况下仍会展现其弥久历新的力量。 太空探索迎来民间投资热潮,殖民火星被人类提上日程。(网易科学人)亚利桑那大学天文学教授克里斯·安佩(Chris Impey)预测,在不与地球居民杂交的情况下,火星移民身体的生化特质将在数十代人之后发生明显变化。由于人造环境内不会有灰尘,睫毛和体毛会慢慢消失。摆脱了2/3地球重力的牵制,火星探险家身材也将变得更加高挑。照此趋势下去,几百代人——如果人类能在火星上存活如此长时间——之后的火星移民将与地球人在外貌上大不相同。     (今后的时代:人类利用科技参与自身演化 图/Owen Freeman) 在当下这个科技的盛世,自然演化相对于人们的需求而言显得太过缓慢。人类开始手动参与自身的演化。牛津“未来人类研究所”的两位科学家在一份全球政策报告中畅想未来:(网易科学人)父母通过试管婴儿来筛选“优质”胚胎、女性通过激素疗法来自定义产卵周期…… 这些技术的成果将在其后代身上得到直接体现。十代之后的新生儿将拥有两倍于我们的智商。更高的智力配合更快的繁殖速度,未来人的情景实难揣测。 野心和科技狂飙起来,最终拖人类后腿的可能只剩下人类肉体本身。当原生基因组无法满足人类的改造需求,我们还有CRISPR-Cas9基因编辑这件终极武器。如果将辅助生殖比作下餐馆,IVF试管婴儿好比照菜单点菜,基因编辑则是直接将厨房打开任你发挥。     (在不远的将来,科幻将成为现实 图/Owen Freeman) 2016年2月英国授权科研人员使用CRISPR研究人类胚胎的流产机制。(所有实验中使用的胚胎最终被破坏,不会孕育成人。)同年7月,中国科学家尝试用CRISPR手段修复β-地中海贫血遗传基因,(网易科学人)尽管最终以失败告终,还是在全球科学界引起轩然大波。在最终被证明安全有效之前,目前世界上禁止任何针对人类遗传基因的编辑行为。 基因编辑比试管婴儿更强大,也面临更大的滥用风险。CRISPR 技术的发现者之一詹妮弗·道娜( Jennifer Doudna)希望禁令能继续下去,“让我们的社会有时间研究、理解和讨论基因编辑的各种后果”。 许多科学家担心,一旦 CRISPR 技术被证明是安全的,基因编辑的洪流将一发而不可收拾。目前已经有2300种基因疗法正在被研究。去年,医疗公司 BioViva 的 CEO 宣称通过公司的基因疗法成功逆转了体内组织的衰老。 “DNA的演化曾被文化的飞速发展抛在身后,现在它开始迎头赶上。”丘奇说。当人类开始对自己的DNA动手动脚,未来似乎已不可阻挡。     (遥远的未来,在地球上经过了千锤百炼的人类能否适应红色火星? 图/Owen Freeman) 科幻作家预言,未来人类的身体将和智能设备近一步融合,成为人机一体的智慧生命体。除了文章开头尼尔·哈比森用植入设备改善视力的例子,世界上还有数十万帕金森病人选择用大脑植入物——所谓“脑起搏器”——来控制自己的症状。此外还有针对聋盲人士的人造视网膜和人工耳蜗。美国国防高等研究计划(DARPA)正在资助脑芯片研究,旨在帮助老年痴呆症和中风患者恢复记忆。在匹兹堡大学开展的一个人机交互项目中,操作者通过脑信号控制机械臂,甚至能接受机械手掌的触感反馈。当然五角大楼的研究并不单纯是为了造福残障人士,这些技术同样可用来制造强大的未来武器。 并非要将自己变成超人那样的钢铁之躯才算“人类增强”。全球已有数百人选择将射频识别(RFID)设备潜入身体,借此实现魔法般地非触控开关操作。(网易科学人)一家名为 Dangerous Things 的公司声称已售出1.05万张 RFID 芯片,并附赠自主植入工具。这些产品的消费者被贴切地称为“生物骇客”。 1998年,英国雷丁大学教授凯文·沃里克(Kevin Warwick)成为第一个将 RFID 设备植入身体的人。他从配备电脑锁和自动化温度传感器的大楼上获得了改造自身的灵感。“虽然当一个平常人也不错,但成为一个电子人(cyborg)提供更多可玩性。”他说。另一位生物骇客在耳内植入永久性耳塞后,还想在下体私处植入震动器,通过联网和趣闻相投的人交流彼此。 这些身体极客的身体改造行为多少令常人目瞪口呆。(网易科学人)在科幻小说《仿生人会梦见电子羊吗?》中,好奇一个机器人的运行机制是冒犯和粗鲁的行为。但作为第一批敢于尝试的电子人,哈比森乐于向别人展示自己头上光触角的工作机制。他认为这同年轻人炫耀新手机或智能手环没什么不同。 如今成年人每天花费近10个小时看各种屏幕,相比之下留给身体锻炼的时间不到20分钟。虚拟现实头盔成为当下最热门的电子产品,我们无车不出门,找不到手机便坐立难安。计算机成为新的大脑,互联网成为公用记忆库。各种网络社区里,人们乐此不疲探讨如何更高效地电子化保存日常资料……当代人很大一部分的生活依赖于电子产品和各种机器,电子与肉身、碳与硅之间的界限慢慢变得不那么清晰。 像自然界的所有物种一样,人类是数百万年演变的产物。如今,我们开始将演化置于自己的掌控之下。

    时间:2017-04-17 关键词: 芯片 dna 技术前沿

  • 日本开发新型DNA芯片 可检测20种病原体

    由东芝公司、警察厅科学警察研究所和带广畜产大学共同研制成功一种DNA(脱氧核糖核酸)芯片,能同时检测出炭疽菌等20种病原体。       这种芯片技术由已经在医疗领域进入实用阶段的DNA检测技术转化而来,只需放少量可疑粉末或液体到芯片上,就可以在几小时内完成多达20种病原体检测。    现有的检测方法需要在实验室里逐一分析病原体,检测多种病原体需要花费几天时间,不适于在机场等公共场所进行防止生物恐怖袭击的检查。

    时间:2008-04-16 关键词: dna 行业资讯

  • IBM用DNA和纳米技术开发下一代微处理芯片

    IBM用DNA和纳米技术开发下一代微处理芯片

    ■DNA芯片:可缩小电路板面积,提高速度,降低成本  ■DNA电脑:可解著名函数难题,靠再生提高运算能力  当IT人士还在为选电子书还是纸质书争论不休时,生物工程学专家已开始将科研的触角伸至更新的领域:打造生物DNA电脑。  IBM公司近日还宣布,准备利用DNA开发下一代微处理芯片。这种名为DNA origami的芯片,在人工DNA纳米结构的廉价架构上,制造微处理芯片。这是半导体行业中利用生物分子处理数据的首个例证。  芯片速度快 成本低  IBM 公司表示,新一代的芯片具有强大的功能、更快速、更节能,而且比较容易制造。这将主要得益于DNA技术和纳米技术的结合,两者结合后的效果非常振奋人心,因为DNA分子可作为棚架,其作用就像是“脚手架”,能自动分拣出数百万的碳纳米管,然后通过黏合的方式对其进行既定组合。从理论上来说,只要使用纳米管、纳米粒子或硅纳米线,这一技术就可以在传统半导体制造方面得到大规模应用。此外,IBM和加州理工学院表示,这一技术可以跨越22纳米技术的障碍,成功缩小电路板的面积。只要使用DNA处理方式,未来芯片的速度就会大有提高,同时其功耗、生产成本都会大幅缩小。  “这是首次在半导体产业中使用生物分子技术。我们的研究成果表明,DNA等生物结构可以提供某种可繁殖的样式,这可以应用于半导体产业。新的设计思路和技术将有效平衡芯片的性价比,同时缓解了改善芯片性能的限制因素,并推动整个半导体产业的发展。”IBM研究所主管斯派克·拉亚恩在一份声明中指出,若DNA origami芯片达到量产级别,那么制造商完全可以摒弃上亿美元的复杂制造工具,转而使用基于DNA解决方案的设备,价格可能还不到一百万美元。不过拉亚恩也坦言,至少还需要10年的试验和测试。   电脑解函数 可再生  在近期的《生物工程学》杂志上,科学家宣布成功造成一种细菌DNA电脑,并用电脑解决了著名的哈密尔顿路线函数。  哈密尔顿路线函数是经典的数学函数。举例来说,假如一名游客希望巡游英国的10个大城市,他可以选择其中的一条最佳线路,这条线路能够使他每个城市都去,并只去一次。而哈密尔顿路线函数就是通过计算,找到最佳路线。  这个函数即使对电脑而言,也是非常复杂的一种计算,需要在350多万种不同路线中选出。传统的电脑一次试一种路线,需要试350多万次才能找到最佳路线,而DNA电脑则可以在一个时间同时试多种路线,很快找出最佳路线。  这意味着,传统的硅材料电脑一个时刻只能计算一个进程,但DNA材料的电脑一个时刻可以计算多个进程。此外,随着使用时间增加,硅材料电脑由于老化而速度减慢,DNA电脑则能通过再生提高电脑的运算能力。  此外,为DNA电脑编程不是件容易的事,但科学家们也摸索出一些可行的简化模式。仍以上述数学题为例,科学家通过改变大肠杆菌的DNA来建立3个“城市”,这3个DNA“城市”分别用不同的基因组合来表示,而不同组合则可以让细菌发出红光或绿光。DNA随机组合,形成多个线路,一旦最佳线路出现,细菌就会同时发绿色光和红色光,从而在视觉上形成黄色光,提醒正确线路已找到。  上述实验完成后,科学家还会用DNA序列来检验细菌给出的正确答案。按此原理,更复杂的数学问题,也能解决。

    时间:2009-08-21 关键词: IBM dna 理芯片 行业资讯 米技术

  • 世界上最密集存储介质 DNA芯片获突破

    据国外媒体报道,在谈到信息存储时,硬盘完全不能和DNA相提并论。在人类的基因序列中,1克的重量就可以包含几十亿GB的数据,而1毫克分子的信息存储空间就可以包含美国国会图书馆全部的书籍,并且还有剩余。在过去,这些只是理论上的概念。现在,最新的一项研究表明,研究人员可以把一部遗传学教科书的内容存储到1微微克(picogram,相当于万亿分之一克)DNA中,这一技术上的突破很可能会革命性的提升人类存储信息的能力。 过去,有些研究团队一直试图向活细胞中的基因组写入数据,但是这种方式有一些不足之处。首先,细胞会死亡,这并不是你存储学期论文的好方法。另外,细胞还会分裂、复制,其中会不断发生变异,从而改变数据的内容。 为解决这些问题,一个由波士顿哈佛医学院合成生物学家乔治-丘奇(GeorgeChurch)领导的研究团队发明了一种DNA信息归档系统,完全不需要利用细胞。相反,利用的是一台喷墨打印机,从而将化学合成的一小段DNA嵌入到一块微型玻璃芯片的表面。为了给数字文件进行编码,研究人员把文件划分为微小的数据块,并把这些数据块以A、C、G、T(DNA的四种脱氧核苷酸)的字母组合来表示,放弃了过去在计算机上的1和0编码方法。每条DNA片段还包含了一个数字“条码”,用来记录数据在原文件中的位置信息。在读取信息时,需要DNA测序仪和电脑将所有片段按序重新组合起来,并转换为数字的格式。计算机还需要负责处理错误信息,因为每个数据块都可能会被复制上千次,经过比对,任何小错误都可以被发现和纠正。 为证实这一系统在实际应用中的能力,该团队使用了这种DNA芯片将丘奇同他人合著的一本遗传学书籍进行了编码。他们成功了。在将书籍内容转换为DNA的信息、并将其翻译成数字存储模式后,该系统显示的出错率为每百万比特仅两个错误,相当于一些小小的拼写错误。这同DVD的性能差不多,远远好过硬盘。本周五,该团队在《科学》杂志上发布的报告称,考虑到DNA芯片的体积非常小,它成为了目前世界上最密集的信息存储介质。 不过,你最好别急着将闪存上的数据复制到基因存储上。美国马里兰州罗克维尔市克雷格-文特尔研究所的合成生物学家丹尼尔-吉布森(DanielGibson)表示,DNA测序仪和其他设备的成本相当高,目前还不适宜推广,但是这一领域发展迅速,这项科技将会变得更便宜、更快速和更轻便。吉布森过去领导的研究团队曾合成了世界上第一个最完整的基因组,并在DNA中加入了一些额外的信息作为“水印”。不过,这些研究人员使用的是三个字母的编码系统,要比丘奇团队的效率低一些,但是却成功阻止了活体细胞的复制,从而不会将DNA转换为蛋白质。吉布森说,“如果DNA要被用来存储信息,并且使用环境不在实验室里,那么你还需要DNA测序仪的帮助,而这是很不现实的。”丘奇不同意这种观点。他表示,除非某人有意识的“破坏”他的DNA数据存储系统,否则信息将非常安全。 更多嵌入式资讯请关注嵌入式频道

    时间:2012-08-21 关键词: dna 行业资讯 储介质

  • 详解哈佛如何用DNA遗传物质储存信息

    哈佛大学研究人员将一本大约有5.34万个单词的书籍编码进不到亿万分之一克的DNA微芯片,然后成功利用 DNA 测序来阅读这本书。“今后,拇指大小的设备就能存下整个互联网的信息。”该项目的首席研究员、哈佛大学遗传学家乔治·丘奇说。要说信息存储,没有一样比得过 DNA。人们很早就觊觎我们自身的基因代码存储数据的潜力,但如何将信息编码进 DNA 遗传物质再如何解读出来,一直是个难题。         这是迄今为止人类使用DNA遗传物质储存数据量最大的一次实验。     近日,哈佛大学维斯生物工程研究所的一群研究人员尝试将一本大约有 5.34 万个单词的书籍编码到不到一沙克(亿万分之一克)的DNA微芯片中,连同文字一起的还有11张图片和一段Java程序。这是迄今为止人类使用DNA遗传物 质储存数据量最大的一次实验。“今后,拇指大小的设备就能存下整个互联网的信息。”该项目首席研究员、哈佛大学遗传学家乔治·丘奇(George Church)说,被编码进 DNA 的书正是他的大作《再生:合成生物学将如何改变未来的自然和自己》。 这项实验被刊登在《科学》期 刊上。但因编码存储和读取过程太过昂贵,DNA 存储离商业化还有一段距离。“随着DNA合成、测序价格的不断下降,这或许将成为长期存储数据的一种选择。”哈佛大学生物学教授可苏里(Sriram Kosuri)说。这一实验,或许为解决未来社会爆炸性的大数据存储指明了方向。 从二进制到碱基对编码 DNA 是生物数据库,它的主要功能就是存储包含各种指令的生物信息。DNA 有 G(鸟嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)四种碱基,共同构成了相互缠绕的双链阶梯状的螺旋结构。通过这四种碱基不同顺序的编码,存储了生物所有的遗传信息。 现代计算机技术奠基者之一冯·诺依曼曾在 1948 年提出“自动复制机器”的设想:一个能够自我繁殖的系统,不仅能够构建某个组成元素,结构和自己一致的下一代,也能够把对自身的描述传递给下一代,如此往 复。后来随着生物遗传的奥妙被发现,人们意识到,DNA 双螺旋结构正是冯·诺依曼描述的自动复制机器。 另一种主流的光存储也在不断挑战存储极限。光盘将数字编码的视频和音频储存在光盘表面的凹槽中。激光读取这些凹槽的背面,就能播放储存的电影节 目。光盘包含的数据越多,凹槽就必须越小、越紧凑。与之相对,读取激光的精度也必须越来越高。普通 DVD 使用的是红色激光在凹槽里记录信息,蓝色激光波长比红色激光长,较小的光束聚焦更准确。此外,蓝光光盘将轨距从 0.74 微米缩小到 0.32 微米。更小的凹槽,更小的光束以及更短的轨距结合,蓝光的问世正是顺应了大数据存储的潮流。现在单层蓝光光盘能够保存 25GB 以上的信息,是 DVD 可储存信息量的5倍。还有人在研发用紫外线做激光,其波长比蓝光更短,如果成功,一张光盘可以保存 500GB 的数据。 这些存储方 式有一个共同的缺点,磁片表面也好,光盘表面也好,都是单层的平铺式地记录和保存信息,哪怕磁盘每一层可以叠加,也和 DNA 封闭的双螺旋立体结构无法媲美,记录的数据量相去甚远。一克 DNA 即能储存上千亿个千兆字节,相当于 1000 亿张 DVD 光盘的内容。 随着摩尔定律的升级,人们已经逐步接近传统电子制造的极限。人们早就开始在自然中寻找解决问题的灵感。早在 2007 年,就有日本科学家研究利用趋磁细菌制造出和传统计算机原件类似的东西,代替磁盘存贮数据。今年初,又爆出德国和台湾的一个联合科研团队以三文鱼的 DNA 作为基础,制造出单次写入多次读取的存储器。不过,那个 DNA 存储装置只能储存数据至多 30 小时,且它并没有利用 DNA 的结构进行编码。 这是个数据爆炸的时代,无处不在的摄像头,互联网上成倍增长的信息,大量手持设备的照片、视频??如果生物存储技术足够成熟,人们可以记录所有想记录的一切,而不必担心家里没有地方放硬盘。市政部门也不必每隔一段时间就清理街道摄像头的视频记录,释放存储空间。 微流体和芯片实验室的发展,让 DNA 合成和测序变成一项日常工作。以前,要解码一个人类基因得花几年,现在用微流体芯片技术只要不到一天。如果用于长期存储,这样的速度还是可以接受的。随着 DNA 读写技术的商业化,未来的 DNA 硬盘,或许会和今天的硬盘、光碟一样普遍。

    时间:2012-09-05 关键词: dna 何用 行业资讯 储存信 解哈佛

  • 日本开发新型DNA芯片 可检测20种病原体

    由东芝公司、警察厅科学警察研究所和带广畜产大学共同研制成功一种DNA(脱氧核糖核酸)芯片,能同时检测出炭疽菌等20种病原体。       这种芯片技术由已经在医疗领域进入实用阶段的DNA检测技术转化而来,只需放少量可疑粉末或液体到芯片上,就可以在几小时内完成多达20种病原体检测。    现有的检测方法需要在实验室里逐一分析病原体,检测多种病原体需要花费几天时间,不适于在机场等公共场所进行防止生物恐怖袭击的检查。

    时间:2008-04-18 关键词: 日本 芯片 dna 检测

  • IBM用DNA和纳米技术开发下一代微处理芯片

    IBM用DNA和纳米技术开发下一代微处理芯片

    ■DNA芯片:可缩小电路板面积,提高速度,降低成本  ■DNA电脑:可解著名函数难题,靠再生提高运算能力  当IT人士还在为选电子书还是纸质书争论不休时,生物工程学专家已开始将科研的触角伸至更新的领域:打造生物DNA电脑。  IBM公司近日还宣布,准备利用DNA开发下一代微处理芯片。这种名为DNA origami的芯片,在人工DNA纳米结构的廉价架构上,制造微处理芯片。这是半导体行业中利用生物分子处理数据的首个例证。  芯片速度快 成本低  IBM 公司表示,新一代的芯片具有强大的功能、更快速、更节能,而且比较容易制造。这将主要得益于DNA技术和纳米技术的结合,两者结合后的效果非常振奋人心,因为DNA分子可作为棚架,其作用就像是“脚手架”,能自动分拣出数百万的碳纳米管,然后通过黏合的方式对其进行既定组合。从理论上来说,只要使用纳米管、纳米粒子或硅纳米线,这一技术就可以在传统半导体制造方面得到大规模应用。此外,IBM和加州理工学院表示,这一技术可以跨越22纳米技术的障碍,成功缩小电路板的面积。只要使用DNA处理方式,未来芯片的速度就会大有提高,同时其功耗、生产成本都会大幅缩小。  “这是首次在半导体产业中使用生物分子技术。我们的研究成果表明,DNA等生物结构可以提供某种可繁殖的样式,这可以应用于半导体产业。新的设计思路和技术将有效平衡芯片的性价比,同时缓解了改善芯片性能的限制因素,并推动整个半导体产业的发展。”IBM研究所主管斯派克·拉亚恩在一份声明中指出,若DNA origami芯片达到量产级别,那么制造商完全可以摒弃上亿美元的复杂制造工具,转而使用基于DNA解决方案的设备,价格可能还不到一百万美元。不过拉亚恩也坦言,至少还需要10年的试验和测试。   电脑解函数 可再生  在近期的《生物工程学》杂志上,科学家宣布成功造成一种细菌DNA电脑,并用电脑解决了著名的哈密尔顿路线函数。  哈密尔顿路线函数是经典的数学函数。举例来说,假如一名游客希望巡游英国的10个大城市,他可以选择其中的一条最佳线路,这条线路能够使他每个城市都去,并只去一次。而哈密尔顿路线函数就是通过计算,找到最佳路线。  这个函数即使对电脑而言,也是非常复杂的一种计算,需要在350多万种不同路线中选出。传统的电脑一次试一种路线,需要试350多万次才能找到最佳路线,而DNA电脑则可以在一个时间同时试多种路线,很快找出最佳路线。  这意味着,传统的硅材料电脑一个时刻只能计算一个进程,但DNA材料的电脑一个时刻可以计算多个进程。此外,随着使用时间增加,硅材料电脑由于老化而速度减慢,DNA电脑则能通过再生提高电脑的运算能力。  此外,为DNA电脑编程不是件容易的事,但科学家们也摸索出一些可行的简化模式。仍以上述数学题为例,科学家通过改变大肠杆菌的DNA来建立3个“城市”,这3个DNA“城市”分别用不同的基因组合来表示,而不同组合则可以让细菌发出红光或绿光。DNA随机组合,形成多个线路,一旦最佳线路出现,细菌就会同时发绿色光和红色光,从而在视觉上形成黄色光,提醒正确线路已找到。  上述实验完成后,科学家还会用DNA序列来检验细菌给出的正确答案。按此原理,更复杂的数学问题,也能解决。

    时间:2009-08-24 关键词: IBM 纳米 dna 技术开发

  • 世界上最密集存储介质 DNA芯片获突破

    据国外媒体报道,在谈到信息存储时,硬盘完全不能和DNA相提并论。在人类的基因序列中,1克的重量就可以包含几十亿GB的数据,而1毫克分子的信息存储空间就可以包含美国国会图书馆全部的书籍,并且还有剩余。在过去,这些只是理论上的概念。现在,最新的一项研究表明,研究人员可以把一部遗传学教科书的内容存储到1微微克(picogram,相当于万亿分之一克)DNA中,这一技术上的突破很可能会革命性的提升人类存储信息的能力。 过去,有些研究团队一直试图向活细胞中的基因组写入数据,但是这种方式有一些不足之处。首先,细胞会死亡,这并不是你存储学期论文的好方法。另外,细胞还会分裂、复制,其中会不断发生变异,从而改变数据的内容。 为解决这些问题,一个由波士顿哈佛医学院合成生物学家乔治-丘奇(GeorgeChurch)领导的研究团队发明了一种DNA信息归档系统,完全不需要利用细胞。相反,利用的是一台喷墨打印机,从而将化学合成的一小段DNA嵌入到一块微型玻璃芯片的表面。为了给数字文件进行编码,研究人员把文件划分为微小的数据块,并把这些数据块以A、C、G、T(DNA的四种脱氧核苷酸)的字母组合来表示,放弃了过去在计算机上的1和0编码方法。每条DNA片段还包含了一个数字“条码”,用来记录数据在原文件中的位置信息。在读取信息时,需要DNA测序仪和电脑将所有片段按序重新组合起来,并转换为数字的格式。计算机还需要负责处理错误信息,因为每个数据块都可能会被复制上千次,经过比对,任何小错误都可以被发现和纠正。 为证实这一系统在实际应用中的能力,该团队使用了这种DNA芯片将丘奇同他人合著的一本遗传学书籍进行了编码。他们成功了。在将书籍内容转换为DNA的信息、并将其翻译成数字存储模式后,该系统显示的出错率为每百万比特仅两个错误,相当于一些小小的拼写错误。这同DVD的性能差不多,远远好过硬盘。本周五,该团队在《科学》杂志上发布的报告称,考虑到DNA芯片的体积非常小,它成为了目前世界上最密集的信息存储介质。 不过,你最好别急着将闪存上的数据复制到基因存储上。美国马里兰州罗克维尔市克雷格-文特尔研究所的合成生物学家丹尼尔-吉布森(DanielGibson)表示,DNA测序仪和其他设备的成本相当高,目前还不适宜推广,但是这一领域发展迅速,这项科技将会变得更便宜、更快速和更轻便。吉布森过去领导的研究团队曾合成了世界上第一个最完整的基因组,并在DNA中加入了一些额外的信息作为“水印”。不过,这些研究人员使用的是三个字母的编码系统,要比丘奇团队的效率低一些,但是却成功阻止了活体细胞的复制,从而不会将DNA转换为蛋白质。吉布森说,“如果DNA要被用来存储信息,并且使用环境不在实验室里,那么你还需要DNA测序仪的帮助,而这是很不现实的。”丘奇不同意这种观点。他表示,除非某人有意识的“破坏”他的DNA数据存储系统,否则信息将非常安全。 更多嵌入式资讯请关注嵌入式频道

    时间:2012-08-23 关键词: 芯片 dna 存储介质

  • 详解哈佛如何用DNA遗传物质储存信息

    哈佛大学研究人员将一本大约有5.34万个单词的书籍编码进不到亿万分之一克的DNA微芯片,然后成功利用 DNA 测序来阅读这本书。“今后,拇指大小的设备就能存下整个互联网的信息。”该项目的首席研究员、哈佛大学遗传学家乔治·丘奇说。要说信息存储,没有一样比得过 DNA。人们很早就觊觎我们自身的基因代码存储数据的潜力,但如何将信息编码进 DNA 遗传物质再如何解读出来,一直是个难题。         这是迄今为止人类使用DNA遗传物质储存数据量最大的一次实验。     近日,哈佛大学维斯生物工程研究所的一群研究人员尝试将一本大约有 5.34 万个单词的书籍编码到不到一沙克(亿万分之一克)的DNA微芯片中,连同文字一起的还有11张图片和一段Java程序。这是迄今为止人类使用DNA遗传物 质储存数据量最大的一次实验。“今后,拇指大小的设备就能存下整个互联网的信息。”该项目首席研究员、哈佛大学遗传学家乔治·丘奇(George Church)说,被编码进 DNA 的书正是他的大作《再生:合成生物学将如何改变未来的自然和自己》。 这项实验被刊登在《科学》期 刊上。但因编码存储和读取过程太过昂贵,DNA 存储离商业化还有一段距离。“随着DNA合成、测序价格的不断下降,这或许将成为长期存储数据的一种选择。”哈佛大学生物学教授可苏里(Sriram Kosuri)说。这一实验,或许为解决未来社会爆炸性的大数据存储指明了方向。 从二进制到碱基对编码 DNA 是生物数据库,它的主要功能就是存储包含各种指令的生物信息。DNA 有 G(鸟嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)四种碱基,共同构成了相互缠绕的双链阶梯状的螺旋结构。通过这四种碱基不同顺序的编码,存储了生物所有的遗传信息。 现代计算机技术奠基者之一冯·诺依曼曾在 1948 年提出“自动复制机器”的设想:一个能够自我繁殖的系统,不仅能够构建某个组成元素,结构和自己一致的下一代,也能够把对自身的描述传递给下一代,如此往 复。后来随着生物遗传的奥妙被发现,人们意识到,DNA 双螺旋结构正是冯·诺依曼描述的自动复制机器。 另一种主流的光存储也在不断挑战存储极限。光盘将数字编码的视频和音频储存在光盘表面的凹槽中。激光读取这些凹槽的背面,就能播放储存的电影节 目。光盘包含的数据越多,凹槽就必须越小、越紧凑。与之相对,读取激光的精度也必须越来越高。普通 DVD 使用的是红色激光在凹槽里记录信息,蓝色激光波长比红色激光长,较小的光束聚焦更准确。此外,蓝光光盘将轨距从 0.74 微米缩小到 0.32 微米。更小的凹槽,更小的光束以及更短的轨距结合,蓝光的问世正是顺应了大数据存储的潮流。现在单层蓝光光盘能够保存 25GB 以上的信息,是 DVD 可储存信息量的5倍。还有人在研发用紫外线做激光,其波长比蓝光更短,如果成功,一张光盘可以保存 500GB 的数据。 这些存储方 式有一个共同的缺点,磁片表面也好,光盘表面也好,都是单层的平铺式地记录和保存信息,哪怕磁盘每一层可以叠加,也和 DNA 封闭的双螺旋立体结构无法媲美,记录的数据量相去甚远。一克 DNA 即能储存上千亿个千兆字节,相当于 1000 亿张 DVD 光盘的内容。 随着摩尔定律的升级,人们已经逐步接近传统电子制造的极限。人们早就开始在自然中寻找解决问题的灵感。早在 2007 年,就有日本科学家研究利用趋磁细菌制造出和传统计算机原件类似的东西,代替磁盘存贮数据。今年初,又爆出德国和台湾的一个联合科研团队以三文鱼的 DNA 作为基础,制造出单次写入多次读取的存储器。不过,那个 DNA 存储装置只能储存数据至多 30 小时,且它并没有利用 DNA 的结构进行编码。 这是个数据爆炸的时代,无处不在的摄像头,互联网上成倍增长的信息,大量手持设备的照片、视频??如果生物存储技术足够成熟,人们可以记录所有想记录的一切,而不必担心家里没有地方放硬盘。市政部门也不必每隔一段时间就清理街道摄像头的视频记录,释放存储空间。 微流体和芯片实验室的发展,让 DNA 合成和测序变成一项日常工作。以前,要解码一个人类基因得花几年,现在用微流体芯片技术只要不到一天。如果用于长期存储,这样的速度还是可以接受的。随着 DNA 读写技术的商业化,未来的 DNA 硬盘,或许会和今天的硬盘、光碟一样普遍。

    时间:2012-09-07 关键词: dna 详解 哈佛 储存

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