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DNA驅動電腦 創新研發不是夢

【大紀元6月10日訊】（大紀元記者王明編譯報導）電腦工程界長期以來，寐以求將DNA（去氧核醣核酸；Deoxyribonucleic Acids）的分子應用在積體電路上，以取代近十幾年來，使用在電腦上的半導體晶片。在相關科學家的初步研究後表示，這個想法在未來有可能付諸現實，不再是一個遙不可及的夢想。如果這項技術開發成功的話，將會對半導體業將會產生重大的衝擊。

根據美國《生活科學》（Live Science）網站報導，傳統以矽為主要材料的半導體晶片，是一種可用電流驅動的複雜晶片電路，也是相關產品上不可或缺的重要積體電路零件。不過現今已有科學家，嘗試利用DNA獨有的雙螺旋並帶有生命訊息的分子特性，透過光線激發分子得到不同的訊號，以完成電子電路中的複雜邏輯運算，藉此開發革命性的創新替代產品。若這項技術研發成功，DNA將可能取代半導體，成為新一代積體電路。

這項技術的關鍵因素在於DNA的奈米結構， 能夠快速的在「0」與「1」之間做切換，進行電路的開與關，以及二進位的邏輯運算。此外，光線還可以刺激DNA結構，得到訊息回應；在整個DNA電路運行及運算過程中的速度，比執行矽半導體運算的速度快上許多。

設計原理是：當光線照射到決定DNA顏色的色基（Chromophores）單元時，單元會吸收光線的能量，激發產生電子；這些電子能量被傳送至鄰近不同的色基團時，會發射出不同波長的光線；經由偵測器分辨這種輸出與輸入光線的差異，進而組成複雜的二進位邏輯運算電路。

杜克大學副教授Dwyer表示，傳統的半導體技術已達到了物理極限。他說：「這是首次證明在DNA分子層面，也能具有高能量和快速處理的程序，而且其具有高感應能力。」

最近的實驗證明，僅由DNA和其它分子混合成的小片段，即可創造出數十億個與鬆餅格子形狀一樣，且體積極小的DNA分子結構。這些奈米結構，可建立各種電路應用的小區塊，舉凡生物醫學到電腦領域都可使用。

眾所皆知，DNA是由兩股互補鹼基配對形成的分子所構成，這兩股DNA有相互親合的力量；按照需要的DNA片段，能夠將兩股計畫配對的DNA，以任意的順序組成DNA的分子。Dwyer認為，這個以生命訊息為基礎的系統，可以製造出低成本且無限量的複雜邏輯電路。如果此推論合理的話，一位研究生一天內，在實驗室的桌上所製造的DNA電路數量，便能夠比全世界一個月內，製造出的晶片總產量還要多。

Dwyer進一步用拼圖來比喻，製造DNA積體電路就像拿起幾片拼圖塊，把它們仍進一個盒子裏，再搖動盒子，那些拼圖塊就會逐漸的找到相鄰的圖塊，循序漸進的把圖案拼湊完整。

Dwyer帶領的研究團隊，在最近的實驗中，已能運用16塊色基團，設計出複雜的電路。研究小組希望在進一步研究中，可讓數十億片色基拼圖，自動的形成數相同的電路圖。

基本上極微小的奈米結構就是一個感應器，此項新發現除了可運用於半導體晶片產業上；還可能應用到許多生物醫學的領域上。例如微小的DNA結構，對不同的蛋白質會有不同的反應，因此利用一滴血液，即能以不同的相關蛋白質指標，偵測出各種隱藏的疾病。

IBM公司也在去年提出，利用DNA取代矽材料的初步研究成果，科學家將其稱之為「DNA摺紙技術」（DNA Origami）。科學家先以傳統的晶片製造一蝕刻電路圖，然後將DNA溶液倒在矽材表面，DNA會依其電路圖形，自我組合成微小的三角形和正方形。此技術的關鍵重點在於，DNA結構是否能夠正確、精密的自我組合成矽材上的電路圖形。

不過科學家們表示，儘管這些技術具有未來的發展潛力，但是距離實際的商業化應用，還有一段不小的差距。因此，是否真的能對半導體產業帶來革命性的改變，現在還無法做出定論。但DNA電路一旦實現為可行的商業模式後，將對科技產品與產業面貌，產生重大的影響。
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圖片說明:
當光線照射到決定DNA顏色的色基（Chromophores）單元時，單元會吸收光線的能量，激發產生電子。（攝影：OMAR TORRES / AFP）
原文參考:
http://www.livescience.com/technology/dna-computers-100517.html
本文刊載於:
http://epochtimes.com/b5/10/6/10/n2933760.htm