Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KAIST) ngày 22/4 đã công bố một nghiên cứu mới, cho biết nhóm của Giáo sư Choi Yeongjae (Choi Yeongjae) thuộc Trường Sau đại học Kỹ thuật Sinh học đã vượt qua giới hạn công nghệ 2 nanomet, phát triển thành công một loại transistor sinh học dựa trên DNA, cho phép thực hiện đồng thời cả tính toán và lưu trữ thông tin ở cấp độ phân tử.
Kết quả nghiên cứu liên quan đã được công bố trên tạp chí quốc tế Science Advances.
Khi công nghệ bán dẫn đang tiến gần tới giới hạn 2 nm, việc tiếp tục thu nhỏ các thiết bị dựa trên silicon trở nên vô cùng khó khăn. Điều này đã thúc đẩy giới khoa học tìm kiếm những giải pháp thay thế, trong đó có xử lý thông tin ở cấp độ phân tử.
DNA, nhờ vào đặc tính bắt cặp bổ sung giữa các bazơ, có thể thực hiện các phản ứng lập trình chính xác. Khoảng cách giữa các cặp bazơ chỉ khoảng 0,34 nm, biến DNA trở thành nền tảng lý tưởng cho các hệ thống xử lý thông tin siêu nhỏ.
Tuy nhiên, các mạch DNA truyền thống tồn tại hạn chế lớn là chỉ sử dụng được một lần. Khi phân tử DNA đã tham gia phản ứng, nó sẽ bị tiêu hao, không thể duy trì việc xử lý thông tin liên tục hoặc lưu trữ dữ liệu, khiến các hệ thống trước đây chỉ dừng lại ở những chức năng phát hiện đơn giản.
Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu KAIST đã thiết kế các phân tử DNA có khả năng lắp ráp và tháo rời một cách thuận nghịch khi phản ứng với tín hiệu bên ngoài. Sự thay đổi cấu trúc này có thể tồn tại lâu dài và mã hóa thông tin, giúp hệ thống ghi nhớ các tín hiệu đầu vào trước đó và sử dụng chúng làm cơ sở cho các phép tính tiếp theo.
Công nghệ này mô phỏng nguyên lý hoạt động của transistor bán dẫn. Tương tự như transistor điện tử xử lý tín hiệu điện, hệ thống DNA này có thể xử lý tín hiệu hóa học đồng thời lưu trữ kết quả tính toán, về bản chất hoạt động như một “transistor sinh học”.
Trong tương lai, công nghệ này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng trong các thiết bị chẩn đoán ở cấp độ phân tử trong cơ thể, có thể theo dõi tín hiệu bệnh lý cụ thể theo thời gian thực và tự đưa ra đánh giá. Giáo sư Choi Yeongjae cho biết, thành tựu này đã nâng khả năng hiện thực hóa máy tính DNA lên một tầm cao mới, mở ra hướng phát triển hoàn toàn mới cho lĩnh vực tính toán sinh học và công nghệ y sinh.
Thông tin tham khảo
Kết quả nghiên cứu liên quan đã được công bố trên tạp chí quốc tế Science Advances.
Khi công nghệ bán dẫn đang tiến gần tới giới hạn 2 nm, việc tiếp tục thu nhỏ các thiết bị dựa trên silicon trở nên vô cùng khó khăn. Điều này đã thúc đẩy giới khoa học tìm kiếm những giải pháp thay thế, trong đó có xử lý thông tin ở cấp độ phân tử.
DNA, nhờ vào đặc tính bắt cặp bổ sung giữa các bazơ, có thể thực hiện các phản ứng lập trình chính xác. Khoảng cách giữa các cặp bazơ chỉ khoảng 0,34 nm, biến DNA trở thành nền tảng lý tưởng cho các hệ thống xử lý thông tin siêu nhỏ.
Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu KAIST đã thiết kế các phân tử DNA có khả năng lắp ráp và tháo rời một cách thuận nghịch khi phản ứng với tín hiệu bên ngoài. Sự thay đổi cấu trúc này có thể tồn tại lâu dài và mã hóa thông tin, giúp hệ thống ghi nhớ các tín hiệu đầu vào trước đó và sử dụng chúng làm cơ sở cho các phép tính tiếp theo.
Công nghệ này mô phỏng nguyên lý hoạt động của transistor bán dẫn. Tương tự như transistor điện tử xử lý tín hiệu điện, hệ thống DNA này có thể xử lý tín hiệu hóa học đồng thời lưu trữ kết quả tính toán, về bản chất hoạt động như một “transistor sinh học”.
Trong tương lai, công nghệ này được kỳ vọng sẽ được ứng dụng trong các thiết bị chẩn đoán ở cấp độ phân tử trong cơ thể, có thể theo dõi tín hiệu bệnh lý cụ thể theo thời gian thực và tự đưa ra đánh giá. Giáo sư Choi Yeongjae cho biết, thành tựu này đã nâng khả năng hiện thực hóa máy tính DNA lên một tầm cao mới, mở ra hướng phát triển hoàn toàn mới cho lĩnh vực tính toán sinh học và công nghệ y sinh.
Thông tin tham khảo
