光・分子融合型超小型情報処理装置の開発

光学/分子融合超小型信息处理装置的开发

基本信息

批准号：
10J05022
负责人：
酒井寛人
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

DNAを用いた分子コンピューティングは、微小性、分子親和性、超並列性の点で生体コンピュータの実現に有望である。本研究では、DNAを用いた個々の計算処理の非同期性により、全体の処理が複雑化する問題に対し、光制御技術の導入を可能とする光・分子融合型超小型プロセッサの開発を目的としている。光の高い時空間制御性能を駆使し、特定の分子反応の時間や空間を光の信号入力を介して指定することで、光による簡便な分子並列処理を実現できる。これまでオートマトン(計算処理を抽象化したモデル)に着目し、光とDNAを用いた実装方式について検討してきた。昨年度、DNA構造体内での処理完結のためナノスケールポジショナーを構築した。構造体内の7nmの2点間をDNA分子が移動する1連の動作実証により、オートマトンについての基本的な動作は実装できたが、より高度な処理を実現するための拡張性について課題を残していた。そこで本年度は、オートマトンの拡張性を考慮した新たな方式について検討した。具体的には、オートマトンの内部状態をDNA塩基配列に割り当て、多数の内部状態数を得る。状態数増加に伴うDNA反応系の複雑化を考慮し、DNA配列置換反応を導入した構成を示した。この導入により、個々の構成要素を単純化できた。この構成では、構成要素に対応する反応ユニットを溶液分散させ、オートマトンを実装する。分子実験において、個々の反応ユニットを組み合わせた数種類のオートマトンの状態遷移動作に成功した。

使用 DNA 的分子计算因其尺寸小、分子亲和力和大规模并行性而有望实现生物计算机。在这项研究中，我们的目标是开发一种超紧凑的光学/分子融合处理器，可以引入光学控制技术来解决由于使用DNA的各个计算过程的异步特性而导致的整体处理复杂化的问题。通过充分利用光的高时空控制性能，通过光信号输入指定特定分子反应的时间和空间，可以利用光实现简单的分子并行处理。到目前为止，我们主要关注自动机（抽象计算处理的模型）并研究使用光和 DNA 的实现方法。去年，我们构建了一个纳米级定位器来完成 DNA 结构内的处理。通过演示 DNA 分子在结构内两个 7 nm 点之间移动的一系列操作，我们能够实现自动机的基本操作，但在实现更高级处理的可扩展性方面仍然存在问题。因此，今年我们研究了一种考虑自动机可扩展性的新方法。具体来说，将自动机的内部状态分配给DNA碱基序列，以获得大量的内部状态。考虑到由于状态数量的增加而导致DNA反应系统的复杂性，我们提出了一种引入DNA序列替换反应的配置。这种介绍使我们能够简化各个组件。在该配置中，与构成元件相对应的反应单元分散在溶液中并且实现自动机。在分子实验中，我们成功地演示了结合各个反应单元的几种类型的自动机的状态转换行为。