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  • 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

  • 全新显微探头可在2-3分钟内从血液中提取出DNA

    当下,科学家们从血液中提取DNA所需要的时间大约需要20到30分钟。现在,一种全新的手持设备将改变这一现状--将提取时间缩短至2到3分钟的时间。据悉,近日,来自美国华盛顿大学与NanoFacture公司的研究人员开发出了一种全新的设备,它可以实现简单、快速的DNA提取。 一般情况下,科研人员都是使用离心机或者微过滤器提取DNA分子。而这种方法常常要花上20到30分钟的时间。 由Jae-Hyun Chung负责的研究团队则提出了一种全新的解决方案--一种可在血液、唾液或者痰样本中进行探测的显微探头。科研人员将在在液体中加入一个电场。这时候,粒子都被会带到探针的表面,而当DNA分子黏着在探针表面的时候,大型的粒子则会从探针表面脱落。 据介绍,目前,这种设备可以一次性处理4种样本--未来最多可实现96种的样本处理。 Chung指出,DNA提取是一项极其复杂的工作,从血液中提取DNA就如同用起重机来收集头发的感觉一样。现在,他们研发出来的全新设备就可以简化当下所使用方法中的多个步骤。 据悉,这款设备将很快开始进入量产阶段,届时,它经主要面向医院和诊所市场。NanaFacture已经跟韩国生厂商KNR Systems签署了合同。

    时间:2013-05-09 关键词: dna 探头 显微

  • 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

  • 松下制成新型芯片 可一小时内完成DNA序列测

    松下和比利时研究实验室IMEC日前宣布,他们制成了一种能在1小时内完成DNA测试的小型芯片。如此一来,诊断遗传性疾病和制定个性化治疗方法就变得更快更简单了。 研究人员相信,能够如此快速地获得碱基对序列不仅能够帮助医生检测导致疾病的异常,还能就药物和治疗方法制定出更好、更具针对性的决策。这枚芯片能够自动完成整个步骤,取一滴和化学基质混合的血液,为PCR(聚合酶链式反应,一种分子生物学技术,用于放大特定的DNA片段)准备DNA,然后为排序运行扩增。 基因测试可能会带来许多意想不到的麻烦,因为一旦你的DNA被排序,你可能会发现一些你并不想知道的事,同时对此还无能为力,但这项技术已经开始广泛传播了。现在,只需花上看一集美剧的时间,你就能知道你今后会患上哪些疾病了。

    时间:2013-04-08 关键词: 松下 芯片 dna 序列

  • DNA场效应管传感器的分子设计

    摘 要  为满足临床医学基因诊断的需要,本研究以场效应管为基体传感器,并在栅区构建单链核苷酸敏感栅,实现对目的基因快速、定点、在体检测。本文介绍了DNA场效应管传感器的敏感机理和定量依据,并就传感器结构、自组装单分子膜技术、杂交指示剂、多道测量技术等进行设计和探讨。 分子生物学技术的迅速发展,给临床医学诊断以巨大的影响,与疾病相关的DNA片段的检测即“基因诊断”成为一种新兴的临床诊断方法,加之本世纪内能与阿波罗登月计划媲美的人类基因组计划的完成和其它相关技术的发展,使基因诊断技术不断提高,日臻成熟。 目前,基因诊断均采用PCR技术,它以其简便、快速、灵敏的优势,成为临床诊断的技术热点,但是PCR技术存在急需解决的二大问题:一是不能定量,二是污染所致的假阳问题。 近年来,生物传感器飞速发展,人们把生物技术与现代物理、化学、微电子学技术结合起来,研制了各种各样的生物传感器,从酶传感器发展到抗原(抗体)传感器,乃至基因(DNA)传感器[1]。DNA传感器的出现使对目的DNA的测量时间大大缩短,操作简便,无污染,既可定性,又可定量。且灵敏度高、选择性好,显示出诱人的发展前景。 本研究以场效应管传感器为基体传感器,通过设计场效应管栅区自组装单分子膜技术,设计杂交指示剂,建立DNA场效应管传感器制备方法,为临床医学基因诊断技术提供新方法、新器材。 1 结构与组成 DNA场效应管传感器由敏感元件、加热元件、测温元件等集成而成。     图1 DNA传感器内部结构图 敏感元件有漏极(D)、源极(S)和栅极(G,生物敏感栅)组成,测温元件为测温二极管。DNA传感器内部结构见图1。 2 工作原理 DNA场效应管传感器对靶DNA的选择测定,即定性机理是基于分子杂交技术,DNA传感器工作原理见图2。 在场效应管的栅区,固定一条含有十几到上千个核苷酸单链DNA(ssDNA),通过分子杂交,达到对另一条含有互补碱基序列DNA的识别,形成双链DNA(dsDNA),待测分子含量通过换能器表达出来。定量原理如下:     图2 DNA传感器工作原理 场效应管在饱和区的阈电压为: VT=VD-2ID/β1/2 当待测物分子与敏感栅作用时,发生电荷转移,导致功函数变化,使阈电压偏移,其改变量ΔVT,可用IT保持恒定时的漏电压表示出来。 DNA场效应管传感器把生物敏感栅的敏感特性和场效应管的场致响应结合起来,其作用机理是分子生物学,结构形式是膜,表现的现象是电。 3 基体传感器的设计及敏感栅的制备 基体传感器的设计: 选用P型硅材料,芯片面积2×2mm2,沟道长度为30μm,采用半导体集成工艺制备,DNA版图示意见图3。     图3 DNA传感器版图示意图 敏感栅的制备: 敏感栅采用自组装单分子膜技术,包括表面处理、表面化学修饰、自组装工艺等三个环节,其实质是连续手臂的选择和DNA与手臂的连接[2]。 4 杂交指示剂的设计 为了提高检测灵敏度,必须研制、应用杂交指示剂[3,4]。杂交指示剂是一类能与ssDNA和dsDNA以不同方式相互结合的物质,杂交指示剂与DNA分子的结合有三种基本模式:(1)杂交指示剂与DNA分子双螺旋的碱基对之间的大沟槽相互作用,产生嵌入作用;(2)杂交指示剂与DNA分子双螺旋的碱基对之间的小沟槽相互作用而结合,产生耦合作用;(3)杂交指示剂与DNA分子的带负电荷的核酸—磷酸基骨架之间的静电相互作用。无论哪一种结合都会使DNA分子变成“夹心面包”导致几何状态的畸变,基于杂交指示剂与ssDNA和dsDNA选择性结合能力的差异,杂交指示剂的选用将大大提高传感器的灵敏度。 分子设计新型杂交指示剂,一方面要设计双嵌合剂、三嵌合剂以便产生“分子剪刀”功能,另一方面要增加离域化π电子共轭键,有利于在外电场作用下电子在键中的传递。 5 信号测量系统的设计 为了自动测量DNA传感器输出特性,设计以微型计算机为主体的测量系统,该系统由一台IBM-AT微机、DT2801型A/D及D/A输入/输出接口板和电压/电流转换器组成[5]。DNA特性曲线自动测量方框图见图4。 本系统具有菜单、复位、置位、查错、测试、显示及打印特性曲线等功能,并建立多道测量技术,以提高检测的可靠性。     图4 DNA传感器特性曲线自动测量系统方框图 6 结 语 DNA场效应管传感器探测的是DNA分子之间的相互作用,灵敏度高、响应快,其灵敏度可达ng级,甚至pg级。由于该传感器采用半导体集成技术制备,可实现阵列化,并可实现多基因的同步检测。据此,加强DNA场效应管传感器的稳定性和可靠性研究,可望在“基因诊断”中占有一席之地。 7 参考文献 [1] Tsuruta H,et al.Detection of the products of polymerase chain reaction by an ELISA system based on an ion sensitive field effect transistor.J Immunol Method,1994,176(1):45 [2] Wood S J.DNA-DNA hybridization in real time using BIAcore.Microchem J,1993,47:330 [3] 庞代文,等。DNA的电化学研究。化学通报,1994,2:1 [4] Hashimoto K,et al.Novel DNA sensor for electrochemical gene detection.Anal Chim Acta,1994,286:219 [5] 聂邦畿。微机在ISFET特性测量中的应用。现代医学仪器与应用,1997,4:2

    时间:2012-12-21 关键词: 传感器 分子 dna 场效应管

  • 中科院研发出DNA纳米结构电化学生物传感器

    近日,中科院上海应用物理研究所、苏州纳米技术与纳米仿生研究所、复旦大学中山医院、上海计量测试技术研究院合作开发了一种基于DNA纳米结构修饰界面的电化学生物传感器,用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测。相关工作已于近日发表于Scientific Reports(Sci. Rep. 2012, 2, 867)。 微小RNA(microRNA)是一种内源性的非编码单链RNA,在细胞的一系列生理发育过程中起着重要的调控作用。研究者发现,microRNA的异常表达与很多肿瘤的发生发展直接相关,特别是发现它可以稳定地在血清中存在,是一类非常有前景的肿瘤标记物。 与传统的PCR等均相检测方法相比,基于表面反应的电化学生物传感器对疾病相关的microRNAs检测具有更加廉价、更容易实现现场检测的优点。然而,电化学生物传感器的灵敏度常常受到界面传质过程和拥挤效应的限制。为了解决这些问题,樊春海研究员及其团队之前已发展了利用三维DNA纳米结构修饰金电极表面的新方法,可以显著增强表面分子的结合能力和提高检测灵敏度(Adv. Mater., 2010, 22, 4754-4758; J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 13148-13151)。 在樊春海研究员指导下,闻艳丽等科研人员将这种DNA纳米结构修饰表面用于microRNA的传感检测。研究表明,这种新型的生物传感器可以检测到aM(10-18 mol/L)水平(<1000个分子)的microRNAs,具有良好的单碱基区分能力,且能与前体RNA很好地区分。 这种新型生物传感器具有灵敏度高、重复性好、无需标记和无需PCR扩增的优点,研究者对于一系列食管鳞状细胞癌病人样本中的miRNAs表达水平进行了分析,并实现了对癌组织和癌旁组织的良好区分。   一种用于microRNA肿瘤靶标的超灵敏检测的基于DNA纳米结构修饰界面的电化学生物传感器

    时间:2012-12-14 关键词: 生物传感器 dna 纳米结构 电化学

  • 日研制新设备:25分钟破解DNA确定犯罪嫌疑人

    据日本《朝日新闻》及新加坡《联合早报》11月26日综合报道,日本开发了一种新设备,该设备最短能在25分钟内鉴定出留在犯罪现场的DNA,比以往同类检测更为迅速,从而有效协助警方破案。 据悉,以往犯罪现场采集到的DNA要带回实验室鉴定,需要等上半天以上的时间才能得出鉴定结果。日本NEC公司开发的这种新设备将有望帮助警方提高破案速度,将现场鉴定结果与警方持有的犯罪记录者的DNA数据库进行快速比对,从而能够快速锁定犯罪嫌疑人。 2012年10月起,NEC公司与日本警察厅下属的科学警察研究所合作进行共同研究,已开始试用实验机器,并计划将该设备于2014年正式投入 实际应用。新装备大小相当于中型略大的手提箱,重量为32千克,可直接携带进入犯罪现场。该设备中有一块塑料板,板上有一处宽5厘米的细长型凹陷。该塑料 板可粘着留在犯罪现场的粘膜、血液等,从而提取并分析出其中的DNA信息。 通过DNA鉴定结果,警方不但能比对罪犯数据库中保存的资料,还能比对案件相关人员的DNA类型从而缩小嫌疑人的范围。NEC相关负责人表示, “(该设备)对警方的侦查工作将有很大帮助”。此外,该设备还能用于鉴定自然灾害或事故中的遇难者身份、分析农产品成分等。每台设备价格预计在1千万日元 (约合76万人民币)左右。

    时间:2012-11-27 关键词: 设备 破解 dna

  • 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

  • DNA电路助力医疗基因损伤疾病的检测

    据美国科学促进会网站报道,在近日召开的美国化学协会第244届全国会议与博览上,一项关于DNA电路的研究颠覆了公众对“电路”的认知。这是一种利用电路导电性变化来检测基因损伤和错误的生物传感器,如果基因复制发生错误而不及时纠正,会导致癌症、生理与精神类疾病。“DNA电路及其在识别人类患某种疾病风险方面的潜在应用”也是当天全体参会人员讨论的焦点主题。 “DNA电路非常脆弱,不能装在房间里用于常见的公共电子设备。但这种脆弱性让它极为敏感,能作为一种识别DNA损伤的电生物传感器。”加州理工大学化学与化工分部主席、化学教授杰奎琳·巴顿说。巴顿由于发现DNA双螺旋链就像一条信号线,可用于探测及修复基因损伤而获得美国国家科学奖章。 巴顿解释说,DNA在不断地损坏,比如阳光紫外线会损害皮肤细胞,香烟中含有的致癌物会损害肺部细胞;但细胞也有一套天然修复系统,其中有一些特殊蛋白质就像巡查员,在建造DNA双螺旋结构的过程中不断地巡查,监控着细胞DNA中大约30亿个碱基对,寻找并修复致癌物造成的损伤。 在化学性质上,DNA跟晶体管和一些电子元件所用的固体材料很相似,它们的碱基互相堆积在彼此的顶端,这种排列方式是能导电的。巴顿说:“这就像把一堆铜币堆在一起,恰当对准的话它们就能导电。如果这堆硬币中一个出了差错或放得不好,导电性就会下降。如果是碱基对搭配不当,或出现了可能致癌的损伤,线路就会被打乱,电流就不能畅通。” 巴顿小组通过研究发现,电子能从一条DNA链的末端流到另一条,就像在电线中一样。DNA的这一电学性质能提供一种强大的信号平台纠正蛋白质,修复DNA损伤。如果DNA突然导电不良,这就是有蛋白质需要修理的信号。在最新进展中,他们让电流通过了一段34纳米长的DNA片断,这一长度对医疗诊断设备和生物传感器来说正合适,能良好检查DNA中的突变和变化,这些改变可能导致癌症或其他疾病。 目前,研究小组正在开发一种“DNA芯片”设备,利用DNA天然的导电性和它们能跟互补碱基结合的能力,探测DNA序列中的损伤。

    时间:2012-10-09 关键词: 助力 dna 基因 电路

  • 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

  • 详解哈佛如何用DNA遗传物质储存信息[图]

    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。 更多医疗电子信息请关注:21ic医疗电子频道

    时间:2012-09-07 关键词: dna 详解 哈佛 储存

  • 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

  • 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

  • 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

  • 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

  • 品牌DNA成就罗姆在半导体行业的影响力

    21ic讯 在近期广东省计划三年内普及LED公共照明的利好政策下,6月的广州照明展无疑成为最大的关注话题。作为亚洲最大规模的照明展览会,为期4天的广州照明展吸引了国内外知名展商的踊跃报名。业界知名的半导体制造商罗姆(ROHM)展厅,产品分类布局明晰,生动地向观众展示了该品牌半导体技术及微控传感驱动技术的设计应用,尤其是在LED照明上提供的最新应用解决方案,通过搭配实例展示,给观众带来最直接的技术体验。 作为一家主营半导体的跨国企业,罗姆用半个世纪的时间,奠定了其在世界半导体业的卓越影响力。自2008年以来,罗姆相继收购了日本OKI SEMICONDUCTOR(现LAPIS Semiconductor)、世界级SiC晶圆制造商德国SiCrystal、世界顶级MEMS加速度传感器开发商美国Kionix。通过收购,罗姆逐渐整合了行业尖端技术资源,实现了罗姆集团化发展的战略目标。目前罗姆超过80%的营业额来自半导体产品,其中分立式半导体占30%以上,超过50%的营业额来自罗姆的IC业务。 快速发展的罗姆源于各地罗姆公司代代相传的、一致的品牌DNA:品质第一、决不放弃、配送系统。罗姆英文名为ROHM,首字母“R” 代表“Reliability(可靠性)”,对品质的极致追求,是罗姆品牌DNA核心关键词。罗姆通过构建“Man(人)、Machine(机械)、Material(材料)和Method(方法) ”4M品质保证体系来实现在制造、成本、交货、服务、环境等各环节的品质保证。同时通过决不放弃的精神、强大的配送系统,罗姆正实现着源源不断地为国内外客户提供大量优质产品的承诺。 在以“品质第一”为共同目标宗旨下,罗姆更通过CSR管理体制对企业各相关利益关系者负责。对客户,罗姆提供优质的产品与服务;对贸易往来对象,罗姆以公正合理的原则交易;对股东,罗姆在保证产品优质、企业价值的前提下,给予合理利润;对员工,罗姆提供舒适、稳定的办公生活,并在人才培养上,包容个性。同时致力于为社会各界文化进步与提高做出贡献。 “品质第一、决不放弃的精神、强大的配送系统、CSR(社会责任)”,构建了罗姆显著的标志,塑造了罗姆理解、包容、创新、进取、有责任感的企业形象。  

    时间:2012-07-09 关键词: dna 罗姆 半导体行业

  • 品牌DNA成就罗姆在半导体行业的影响力

    21ic讯 在近期广东省计划三年内普及LED公共照明的利好政策下,6月的广州照明展无疑成为最大的关注话题。作为亚洲最大规模的照明展览会,为期4天的广州照明展吸引了国内外知名展商的踊跃报名。业界知名的半导体制造商罗姆(ROHM)展厅,产品分类布局明晰,生动地向观众展示了该品牌半导体技术及微控传感驱动技术的设计应用,尤其是在LED照明上提供的最新应用解决方案,通过搭配实例展示,给观众带来最直接的技术体验。 作为一家主营半导体的跨国企业,罗姆用半个世纪的时间,奠定了其在世界半导体业的卓越影响力。自2008年以来,罗姆相继收购了日本OKI SEMICONDUCTOR(现LAPIS Semiconductor)、世界级SiC晶圆制造商德国SiCrystal、世界顶级MEMS加速度传感器开发商美国Kionix。通过收购,罗姆逐渐整合了行业尖端技术资源,实现了罗姆集团化发展的战略目标。目前罗姆超过80%的营业额来自半导体产品,其中分立式半导体占30%以上,超过50%的营业额来自罗姆的IC业务。 快速发展的罗姆源于各地罗姆公司代代相传的、一致的品牌DNA:品质第一、决不放弃、配送系统。罗姆英文名为ROHM,首字母“R” 代表“Reliability(可靠性)”,对品质的极致追求,是罗姆品牌DNA核心关键词。罗姆通过构建“Man(人)、Machine(机械)、Material(材料)和Method(方法) ”4M品质保证体系来实现在制造、成本、交货、服务、环境等各环节的品质保证。同时通过决不放弃的精神、强大的配送系统,罗姆正实现着源源不断地为国内外客户提供大量优质产品的承诺。 在以“品质第一”为共同目标宗旨下,罗姆更通过CSR管理体制对企业各相关利益关系者负责。对客户,罗姆提供优质的产品与服务;对贸易往来对象,罗姆以公正合理的原则交易;对股东,罗姆在保证产品优质、企业价值的前提下,给予合理利润;对员工,罗姆提供舒适、稳定的办公生活,并在人才培养上,包容个性。同时致力于为社会各界文化进步与提高做出贡献。 “品质第一、决不放弃的精神、强大的配送系统、CSR(社会责任)”,构建了罗姆显著的标志,塑造了罗姆理解、包容、创新、进取、有责任感的企业形象。  

    时间:2012-07-06 关键词: 半导体 dna 行业 影响力 品牌 成就 电源资讯 罗姆在

  • 一种DNA计算机与电子计算机之间的通信模型

    1 引言以DNA分子作为计算载体的计算方法最早由Adleman博士于1994年在生物实验室实现[1]。随后,DNA计算取得了很多研究成果。1995年[2],Lipton提出了用DNA实验解决布尔可满足性问题(SAT)的方法。1997年[3],Ouyang等人用分子生物技术解决了最大团问题,并相应地建立了六个节点的DNA分子计算池。2000年[4],Liu等人设计了一个DNA计算系统,将计算问题的所有可能候选解编码成一系列DNA分子,把这些分子综合起来贴在磁珠的表面。2001年[5],Wu分析并改进了前者所采用的基于表面磁珠的方法。这种新颖的计算方式是建立在其高密度信息存储和大量并行计算基础上的,有望在求解NP问题、破解密码、疾病诊断、新材料等领域发挥重要作用代写论文。 微流控系统为快速化学反应和生物分析提供了基础。微流控系统作为DNA计算的一种平台,已经有了初步的研究成果。2004年[6],Ledesma等人提出了一种用微流控系统解决Hamilton路径问题的线性DNA算法,实现了并行计算。1999年[7],Gehani和Reif研究了用微流生物分子计算模型解决某个问题在理论上所需要的最少DNA序列和最少反应时间,并且提出了反应池之间有效地传送DNA序列的方法。2001年[8],McCaskill采用枚举法用DNA序列对每个可能子图进行编码。该算法使用了所谓的选择模块(STM)来保留图中所有可能团,然后用排序的方法确定了最大团。2001年[9],Chiu等提出了一种新的方法,把子图和图的边分别编译成反应池和缓冲池。这些反应池和缓冲池带有荧光剂,由通道连接,输出以各个子图所发出的荧光强度不同来区分。2004年[10],Livstone和Landweber提出一种微反应器用来解决布尔函数“与”和“或”的问题。 随着微机电(MEMS)技术的快速发展,在生物芯片上集成各种能与电子计算机之间相互通信的传感器是各种功能芯片研究的热点[11]。DNA计算的一个严重缺点是操作的不可控,严重影响了DNA计算的实用性。本文在微流控平台上,讨论基于生物芯片的DNA计算机和电子计算机之间相互通信的层次模型,从而为发展DNA计算机和电子计算机相集成的杂合计算机提供一种通信模型和方法。 2 基于电子计算机的DNA计算反应器模型为了使电子计算机能够对DNA计算进行控制,我们研究并设计了适合于DNA计算的反应器。如图1所示,该反应器通过RS232接口与电子计算机连接,人机交互界面的平台是LabVIEW。 (1)数据流:在电子计算机软件客户端由用户选择某个NP问题,程序开始设计DNA计算机,包括:输入符号、终止符号、〈状态,符号〉、转移分子、扩增所需的引物和DNA编码;酶的选择;扩增、酶切、酶连的动作选择,针对上述酶设计反应温度和阶段。(2)控制流:设计具体问题的程序输入分子和采用的微流控芯片,芯片的通道数量和通道之间的连接以及通道的形状,设计实验实现的详细步骤:每一步的动作、所需的时间、反应的底物、目标产物、代表的中间变量等。图1 DNA计算的反应器模型  电子计算机主机与89C51系列单片机相连,将数据流和控制流同时送到接口端的高精度全方位机械手:分配试剂,根据反馈的图像信号定位芯片反应平台。生化反应的动态结果反映在应用层,包括当前反应所在的通道、该反应所需的时间、已经消耗的时间、通道的切换、反应产物的解释。DNA计算反应器与电子计算机通信的系统控制模块、光电检测模块、高压电源模块和温度加热模块与电子计算机之间的连接如图2所示。整个反应器能够实现激光诱导荧光检测、芯片电泳和仅与温度有关的生化反应,如PCR、退火、复性等等。 3 DNA计算机与电子计算机之间通信的层次模型  DNA计算本质上是以DNA分子及生化酶作为物质基础,施以适当的生化操作来解决数学问题的一种新型的计算模式。由于DNA计算的处理对象是DNA片段,因此运用DNA计算求解数学问题时首先需要将实际问题用{A,T,C,G}四个碱基来编码,原理类似电子计算机求解这些问题时需要用二进制编码。然后需要为求解过程设计合适的生化操作,这个完成运算的生化操作序列我们称之为生物算法。DNA计算是在分子尺度内进行的,完成计算过程的生化操作的不可控一直制约着DNA计算的进一步应用。随着电子计算机技术和传感器技术的发展,二者在DNA计算中的结合可实现对生化操作的精确控制,提高DNA计算的可靠性,为DNA计算进一步走向实用化发挥重要作用。图3给出了电子计算机和DNA计算机之间通信的层次模型。图2 DNA计算反应器与电子计算机的通信为了便于描述通信过程,将该模型分为六个部分,每一部分的组成和完成功能描述如下。图3 DNA计算机和电子计算机的层次通信模型 (1)应用层提供用户与DNA计算机之间交互的接口。应用层主要完成两个功能:一是提供用户操纵DNA计算机的界面。在这个界面上用户可以完成原始问题到DNA碱基域的映射以及完成生物算法的设计。通过这个界面,用户可以像使用Office办公软件一样方便地使用DNA计算机。另一个功能是接收指令解释层传送的DNA计算结果,并将结果可视化。指令解释层传送的结果也是用电子计算机语言来描述的。运算结果的可视化可以帮助直观地对这些结果进行合理的解释。应用层由安装在Windows操作系统的电子计算机上的应用程序组成。 (2)指令解释层由于应用层的指令是用户所熟悉的电子计算机语言描述的,而DNA计算机的基本指令是具体的生物操作,所处理的对象是DNA分子,因此需要将应用层的电子计算机指令解释成DNA计算机上具体的生物操作指令(这些生物操作指令是DNA计算机的最小执行单位———基本指令),确定这些生物操作的执行顺序,并依次将这些生物操作指令单个传送给编码封装层。另一方面,还需要将编码封装层反馈的DNA计算结果解释成计算机语言。指令解释层也是由安装在电子计算机内部的代理程序构成。(3)编码封装层将指令解释层传送的单个生物操作指令封装成DNA计算机能直接执行的指令。这里需要考虑每个原子生物操作的实验室实现方法。然后将这个操作的步骤映射成控制传感器和生化仪器的一系列指令,包括对生物芯片上发生该反应的位置信息。编码封装层由操作传感器和生化仪器的接口程序构成。 (4)接口层接口层是传感器和生化仪器的各种信号接口。一方面,将编码封装层中的控制指令转换成控制DNA计算机执行生化操作的指令;另一方面,也将DNA计算机上的反馈信号转换成电子计算机中的控制指令。接口层之间的通信采用电子计算机的串口通信方式,也可以设计成并口通信方式。(5)反应层DNA计算的生化操作在这一层得以物理实现,以完成解释层下达的任务。此层包含有完成生化反应的生物芯片以及控制这些生化反应的各种传感器和生化仪器。(6)反馈层这一层由监控生化反应的传感器构成。反应层的生化操作的执行情况由这些传感器收集,以便反馈给指令解释层。4 通信模型的实例为了更直观地理解本文提出的层次模型,我们以选择操作为例,解释在层次模型下DNA计算机上实现选择操作的过程。 DNA计算机中的选择操作是用来选择编码特定信息的DNA片段。一般是将包含特定模式的探针固定于芯片上,被选择的片段在芯片上与其发生复性(Renaturation)操作,最后固定在芯片上的片段就是选择的片段。复性是变性过程的逆过程,即两条完全互补的单链在适当的条件下恢复到天然双螺旋结构的过程。热变性的DNA一般经过冷却后即可复性。因此,此过程有时也称退火(Annealing)。复性温度一般应该比该DNA的解链温度值低20℃~25℃。 对于选择操作,需要将其解释成以下几个独立的生物操作:操作1:选择固定有特定模式探针的生物芯片;操作2:将被选择的片段在该生物芯片上发生复性反应;操作3:在激光诱导荧光检测仪上通过荧光检测判断选择的结果。图4、图5、图6分别为层次模型下以上操作的流程图。图4 操作1流程图动作1.0应用层:用户在接口程序发出选择操作,例如:选择操作符号1。动作2.0指令解释层:逐条解释生物算法中的每一个描述,将其解释成分子实验室中具体的生物操作,包括反应名称和反应条件,然后将单个的生物操作依次发给编码封装层,待编码封装层返回操作的执行状态后再发下一个生物操作,类似于电子计算机中的指令寄存器。动作3.1编码封装层(第3层操作1):发出选择探针芯片的指令。通过选择可寻址的生物芯片来实现。动作4.1接口层(第4层操作1):电子计算机通过RS232与DNA计算机进行通信。 动作5.1反应层(第5层操作1):无生化反应。动作6.1反馈层(第6层操作1):相应的传感器接收到确认信息,确认该操作1完成,并将反馈信息返回到接口层,接口层反馈到编码封装层,再发下一个操作。动作3.2编码封装层(第3层操作2):发出复性反应的指令。控制相应的温浴仪器先将温度升高到65℃,然后慢慢冷却,降温到20℃。 动作4.2接口层(第4层操作2):电子计算机通过RS232与DNA计算机进行通信。动作5.2反应层(第5层操作2):相应的生化仪器先加热芯片,然后慢慢冷却。动作6.2反馈层(第6层操作2):相应的传感器接收到确认信息,确认该操作2完成,并将确认信息返回到接口层,接口层反馈到编码封装层,再发下一个操作。动作3.3编码封装层(第3层操作3):指示激光诱导荧光生化检测仪工作。 结果优先返回给用户。client request resourcecheck local LDAP Resource-infoif (valid) reture resultelse {send QueryAgent to VO Global LDAP Server query the position if satisfies condition if (valid){QueryAgent copy itself and move to resource of multi-node  query local resource of nodereturn resultAgent to local LDAP server} else  {send QueryAgent to Global LDAP Server of central domain  central domain Global LDAP query and confirms the VO of re-source  central domain send QueryAgent to correlative VO  return resultAgent to central domain}基于移动Agent的资源发现系统本质上是分布式的,但是与传统的基于RPC方式的分布式应用相比,移动Agent的迁移不需要保持网络的长时间稳定连接,这可大大减轻网络负荷,避免了大量数据的网络传送,从而显着提高系统执行效率和可靠性。4 性能分析 4.1 资源发现效率和资源质量 教育资源中存在着大量的非文本资源。传统的搜索引擎和主题指南无法对视频、音频等多媒体教育资源进行标引和发现,而元数据通过对资源类型的描述,只要用户在资源检索时对资源类型进行限定即可发现它们。 因特网上存在大量教育资源,这些资源的质量参差不齐,传统的搜索引擎和主题指南没法提供一个质量评估机制。而这正是教育元数据的一个特征,它通过提供教育资源使用者的评估来反映不同资源之间的质量差异,有助于用户发现高质量的教育资源。 4.2 动态性和扩展性 在网格系统中,资源节点的信息是动态变化的,为了保证服务的可用性,进行有效资源查找时必须考虑系统中节点的动态变化。 网络层采用Globus MDS来组织和管理底层资源,通过调用虚拟组织Agent中间件部署的Register Agent和Unreg-ister Agent,进行虚拟组织的动态建立并且虚拟组织成员可以随时加入和离开,具有很大的灵活性,实现了动态注册和注销。通过Upgrade Agent,社区节点周期性地向社区管理节点发送更新信息,将变化动态地反馈给虚拟组织中的LDAP服务器。同时,各个虚拟组织VO之间定期将目录服务器上的资源信息通过LDAP的异步远程复制机制更新到虚拟组织中心域中的LDAP中,这样就实现资源信息的动态收集和资源变化的实时反馈。 结束语 该模型采用教育元数据LOM规范来描述教育资源,使用分类元数据的方法,结合移动Agent的自治性、智能性等特点,具有较高的资源发现效率和资源质量、良好的动态性和扩展性,基于类别的虚拟社区划分,使得资源发现限定在所属社区范围内,缩小了搜索空间,减少了资源发现的响应时间,提高了资源发现的效率。 参考文献 1虞惠达,朱庆华.元数据在教育资源发现中的应用[J].中国图书馆学报,2005(2) 2 Fukuda M,Tanaka Y,Suzuk N.A Mobile-Agent-Based PC Grid[A].In: Autonomic Computing Workshop [C]. Seattle, USA:[s.n.],2003.142~150 更多计算机与外设信息请关注:21ic计算机与外设频道

    时间:2012-05-31 关键词: 电子 dna 计算机 通信模型

  • 一种DNA计算机与电子计算机之间的通信模型

    1 引言以DNA分子作为计算载体的计算方法最早由Adleman博士于1994年在生物实验室实现[1]。随后,DNA计算取得了很多研究成果。1995年[2],Lipton提出了用DNA实验解决布尔可满足性问题(SAT)的方法。1997年[3],Ouyang等人用分子生物技术解决了最大团问题,并相应地建立了六个节点的DNA分子计算池。2000年[4],Liu等人设计了一个DNA计算系统,将计算问题的所有可能候选解编码成一系列DNA分子,把这些分子综合起来贴在磁珠的表面。2001年[5],Wu分析并改进了前者所采用的基于表面磁珠的方法。这种新颖的计算方式是建立在其高密度信息存储和大量并行计算基础上的,有望在求解NP问题、破解密码、疾病诊断、新材料等领域发挥重要作用代写论文。 微流控系统为快速化学反应和生物分析提供了基础。微流控系统作为DNA计算的一种平台,已经有了初步的研究成果。2004年[6],Ledesma等人提出了一种用微流控系统解决Hamilton路径问题的线性DNA算法,实现了并行计算。1999年[7],Gehani和Reif研究了用微流生物分子计算模型解决某个问题在理论上所需要的最少DNA序列和最少反应时间,并且提出了反应池之间有效地传送DNA序列的方法。2001年[8],McCaskill采用枚举法用DNA序列对每个可能子图进行编码。该算法使用了所谓的选择模块(STM)来保留图中所有可能团,然后用排序的方法确定了最大团。2001年[9],Chiu等提出了一种新的方法,把子图和图的边分别编译成反应池和缓冲池。这些反应池和缓冲池带有荧光剂,由通道连接,输出以各个子图所发出的荧光强度不同来区分。2004年[10],Livstone和Landweber提出一种微反应器用来解决布尔函数“与”和“或”的问题。 随着微机电(MEMS)技术的快速发展,在生物芯片上集成各种能与电子计算机之间相互通信的传感器是各种功能芯片研究的热点[11]。DNA计算的一个严重缺点是操作的不可控,严重影响了DNA计算的实用性。本文在微流控平台上,讨论基于生物芯片的DNA计算机和电子计算机之间相互通信的层次模型,从而为发展DNA计算机和电子计算机相集成的杂合计算机提供一种通信模型和方法。 2 基于电子计算机的DNA计算反应器模型为了使电子计算机能够对DNA计算进行控制,我们研究并设计了适合于DNA计算的反应器。如图1所示,该反应器通过RS232接口与电子计算机连接,人机交互界面的平台是LabVIEW。 (1)数据流:在电子计算机软件客户端由用户选择某个NP问题,程序开始设计DNA计算机,包括:输入符号、终止符号、〈状态,符号〉、转移分子、扩增所需的引物和DNA编码;酶的选择;扩增、酶切、酶连的动作选择,针对上述酶设计反应温度和阶段。(2)控制流:设计具体问题的程序输入分子和采用的微流控芯片,芯片的通道数量和通道之间的连接以及通道的形状,设计实验实现的详细步骤:每一步的动作、所需的时间、反应的底物、目标产物、代表的中间变量等。图1 DNA计算的反应器模型  电子计算机主机与89C51系列单片机相连,将数据流和控制流同时送到接口端的高精度全方位机械手:分配试剂,根据反馈的图像信号定位芯片反应平台。生化反应的动态结果反映在应用层,包括当前反应所在的通道、该反应所需的时间、已经消耗的时间、通道的切换、反应产物的解释。DNA计算反应器与电子计算机通信的系统控制模块、光电检测模块、高压电源模块和温度加热模块与电子计算机之间的连接如图2所示。整个反应器能够实现激光诱导荧光检测、芯片电泳和仅与温度有关的生化反应,如PCR、退火、复性等等。 3 DNA计算机与电子计算机之间通信的层次模型  DNA计算本质上是以DNA分子及生化酶作为物质基础,施以适当的生化操作来解决数学问题的一种新型的计算模式。由于DNA计算的处理对象是DNA片段,因此运用DNA计算求解数学问题时首先需要将实际问题用{A,T,C,G}四个碱基来编码,原理类似电子计算机求解这些问题时需要用二进制编码。然后需要为求解过程设计合适的生化操作,这个完成运算的生化操作序列我们称之为生物算法。DNA计算是在分子尺度内进行的,完成计算过程的生化操作的不可控一直制约着DNA计算的进一步应用。随着电子计算机技术和传感器技术的发展,二者在DNA计算中的结合可实现对生化操作的精确控制,提高DNA计算的可靠性,为DNA计算进一步走向实用化发挥重要作用。图3给出了电子计算机和DNA计算机之间通信的层次模型。图2 DNA计算反应器与电子计算机的通信为了便于描述通信过程,将该模型分为六个部分,每一部分的组成和完成功能描述如下。图3 DNA计算机和电子计算机的层次通信模型 (1)应用层提供用户与DNA计算机之间交互的接口。应用层主要完成两个功能:一是提供用户操纵DNA计算机的界面。在这个界面上用户可以完成原始问题到DNA碱基域的映射以及完成生物算法的设计。通过这个界面,用户可以像使用Office办公软件一样方便地使用DNA计算机。另一个功能是接收指令解释层传送的DNA计算结果,并将结果可视化。指令解释层传送的结果也是用电子计算机语言来描述的。运算结果的可视化可以帮助直观地对这些结果进行合理的解释。应用层由安装在Windows操作系统的电子计算机上的应用程序组成。 (2)指令解释层由于应用层的指令是用户所熟悉的电子计算机语言描述的,而DNA计算机的基本指令是具体的生物操作,所处理的对象是DNA分子,因此需要将应用层的电子计算机指令解释成DNA计算机上具体的生物操作指令(这些生物操作指令是DNA计算机的最小执行单位———基本指令),确定这些生物操作的执行顺序,并依次将这些生物操作指令单个传送给编码封装层。另一方面,还需要将编码封装层反馈的DNA计算结果解释成计算机语言。指令解释层也是由安装在电子计算机内部的代理程序构成。(3)编码封装层将指令解释层传送的单个生物操作指令封装成DNA计算机能直接执行的指令。这里需要考虑每个原子生物操作的实验室实现方法。然后将这个操作的步骤映射成控制传感器和生化仪器的一系列指令,包括对生物芯片上发生该反应的位置信息。编码封装层由操作传感器和生化仪器的接口程序构成。 (4)接口层接口层是传感器和生化仪器的各种信号接口。一方面,将编码封装层中的控制指令转换成控制DNA计算机执行生化操作的指令;另一方面,也将DNA计算机上的反馈信号转换成电子计算机中的控制指令。接口层之间的通信采用电子计算机的串口通信方式,也可以设计成并口通信方式。(5)反应层DNA计算的生化操作在这一层得以物理实现,以完成解释层下达的任务。此层包含有完成生化反应的生物芯片以及控制这些生化反应的各种传感器和生化仪器。(6)反馈层这一层由监控生化反应的传感器构成。反应层的生化操作的执行情况由这些传感器收集,以便反馈给指令解释层。4 通信模型的实例为了更直观地理解本文提出的层次模型,我们以选择操作为例,解释在层次模型下DNA计算机上实现选择操作的过程。[!--empirenews.page--] DNA计算机中的选择操作是用来选择编码特定信息的DNA片段。一般是将包含特定模式的探针固定于芯片上,被选择的片段在芯片上与其发生复性(Renaturation)操作,最后固定在芯片上的片段就是选择的片段。复性是变性过程的逆过程,即两条完全互补的单链在适当的条件下恢复到天然双螺旋结构的过程。热变性的DNA一般经过冷却后即可复性。因此,此过程有时也称退火(Annealing)。复性温度一般应该比该DNA的解链温度值低20℃~25℃。 对于选择操作,需要将其解释成以下几个独立的生物操作:操作1:选择固定有特定模式探针的生物芯片;操作2:将被选择的片段在该生物芯片上发生复性反应;操作3:在激光诱导荧光检测仪上通过荧光检测判断选择的结果。图4、图5、图6分别为层次模型下以上操作的流程图。图4 操作1流程图动作1.0应用层:用户在接口程序发出选择操作,例如:选择操作符号1。动作2.0指令解释层:逐条解释生物算法中的每一个描述,将其解释成分子实验室中具体的生物操作,包括反应名称和反应条件,然后将单个的生物操作依次发给编码封装层,待编码封装层返回操作的执行状态后再发下一个生物操作,类似于电子计算机中的指令寄存器。动作3.1编码封装层(第3层操作1):发出选择探针芯片的指令。通过选择可寻址的生物芯片来实现。动作4.1接口层(第4层操作1):电子计算机通过RS232与DNA计算机进行通信。 动作5.1反应层(第5层操作1):无生化反应。动作6.1反馈层(第6层操作1):相应的传感器接收到确认信息,确认该操作1完成,并将反馈信息返回到接口层,接口层反馈到编码封装层,再发下一个操作。动作3.2编码封装层(第3层操作2):发出复性反应的指令。控制相应的温浴仪器先将温度升高到65℃,然后慢慢冷却,降温到20℃。 动作4.2接口层(第4层操作2):电子计算机通过RS232与DNA计算机进行通信。动作5.2反应层(第5层操作2):相应的生化仪器先加热芯片,然后慢慢冷却。动作6.2反馈层(第6层操作2):相应的传感器接收到确认信息,确认该操作2完成,并将确认信息返回到接口层,接口层反馈到编码封装层,再发下一个操作。动作3.3编码封装层(第3层操作3):指示激光诱导荧光生化检测仪工作。 结果优先返回给用户。client request resourcecheck local LDAP Resource-infoif (valid) reture resultelse {send QueryAgent to VO Global LDAP Server query the position if satisfies condition if (valid){QueryAgent copy itself and move to resource of multi-node  query local resource of nodereturn resultAgent to local LDAP server} else  {send QueryAgent to Global LDAP Server of central domain  central domain Global LDAP query and confirms the VO of re-source  central domain send QueryAgent to correlative VO  return resultAgent to central domain}基于移动Agent的资源发现系统本质上是分布式的,但是与传统的基于RPC方式的分布式应用相比,移动Agent的迁移不需要保持网络的长时间稳定连接,这可大大减轻网络负荷,避免了大量数据的网络传送,从而显着提高系统执行效率和可靠性。4 性能分析 4.1 资源发现效率和资源质量 教育资源中存在着大量的非文本资源。传统的搜索引擎和主题指南无法对视频、音频等多媒体教育资源进行标引和发现,而元数据通过对资源类型的描述,只要用户在资源检索时对资源类型进行限定即可发现它们。 因特网上存在大量教育资源,这些资源的质量参差不齐,传统的搜索引擎和主题指南没法提供一个质量评估机制。而这正是教育元数据的一个特征,它通过提供教育资源使用者的评估来反映不同资源之间的质量差异,有助于用户发现高质量的教育资源。 4.2 动态性和扩展性 在网格系统中,资源节点的信息是动态变化的,为了保证服务的可用性,进行有效资源查找时必须考虑系统中节点的动态变化。 网络层采用Globus MDS来组织和管理底层资源,通过调用虚拟组织Agent中间件部署的Register Agent和Unreg-ister Agent,进行虚拟组织的动态建立并且虚拟组织成员可以随时加入和离开,具有很大的灵活性,实现了动态注册和注销。通过Upgrade Agent,社区节点周期性地向社区管理节点发送更新信息,将变化动态地反馈给虚拟组织中的LDAP服务器。同时,各个虚拟组织VO之间定期将目录服务器上的资源信息通过LDAP的异步远程复制机制更新到虚拟组织中心域中的LDAP中,这样就实现资源信息的动态收集和资源变化的实时反馈。 结束语 该模型采用教育元数据LOM规范来描述教育资源,使用分类元数据的方法,结合移动Agent的自治性、智能性等特点,具有较高的资源发现效率和资源质量、良好的动态性和扩展性,基于类别的虚拟社区划分,使得资源发现限定在所属社区范围内,缩小了搜索空间,减少了资源发现的响应时间,提高了资源发现的效率。 参考文献 1虞惠达,朱庆华.元数据在教育资源发现中的应用[J].中国图书馆学报,2005(2) 2 Fukuda M,Tanaka Y,Suzuk N.A Mobile-Agent-Based PC Grid[A].In: Autonomic Computing Workshop [C]. Seattle, USA:[s.n.],2003.142~150 更多计算机与外设信息请关注:21ic计算机与外设频道

    时间:2012-05-29 关键词: 通信 dna 模型 计算机 电源技术解析 之间 一种 电子计算机

  • 活体细胞内实现DNA可擦写数据存储

    斯坦福大学生物工程系的科学家创建了一种新系统,能够重复编码、擦写和储存活体细胞DNA中的数据。他们表示,可编程的数据存储在活体细胞的DNA内,或可成为研究癌症、衰老和有机体发展等的强大工具。相关研究报告发表在同日出版的美国《国家科学院学报》上。 虽然基因物质本身就具备天然的数据存储介质,但支持科学家可靠且可逆地将信息写入活体DNA的工具仍十分匮乏。以前的研究虽可通过单个酶的表达朝一个方向翻转基因序列,但这一过程并不可逆,而科研人员需要不断翻转基因序列以创建可完全重复使用的数据存储器。 科学家坦言,虽然翻转DNA的截面至两个方向之一并不困难,但获取蛋白质水平的平衡却非易事。为了使新系统正常工作,研究团队需要精确控制微生物内两个对立蛋白质、整合酶和切除酶的动态。 他们经过3年多达750次的尝试,最终成功创建了相当于1比特(1位)的基因物质。相关人员解释说,如果DNA的截面指向一个方向,它就是0,如果指向另一个方向,其就是1。由此,科研人员能计算出细胞分裂的次数,这或将赋予科学家制止细胞癌变发生的能力。 研究小组将这款设备命名为“重组酶可寻址数据”模块(RAD)。RAD可借助改编自噬菌体的丝氨酸和切除酶来按需翻转和还原特定的DNA序列。这将形成类似于计算机领域的“永久性数据存储”,能在无功耗的情况下保留信息。随后,科研小组在单个微生物内对RAD模块进行了测试,其在缺乏基因表达的情况下也能被动存储信息,十分可靠。此外,它们能重复切换而不使性能发生退化,使科学家目睹细胞分裂100余次,这对支持组合化的数据存储十分重要。 研究人员表示,他们未来的目标是尽快创建可扩展的、可靠的生物位,实现1字节的可编程基因数据的存储,随后再逐步挖掘基因数据存储更广泛的应用范围。 更多医疗电子信息请关注:21ic医疗电子频道

    时间:2012-05-24 关键词: dna 数据存储 可擦写

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