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Mikrofluidischer Chip automatisiert DNA-Berechnungen

19.09.2021

Koreanische Wissenschaftler der Incheon National University (INU) haben entwickelt, was ihrer Meinung nach eines Tages elektronische Prozessoren ersetzen wird: einen programmierbaren mikrofluidischen Chip (Microfluidic Processing Unit, MPU), der DNA anstelle von Elektronik verwendet, um Berechnungen durchzuführen.

DNA-Berechnungen erforderten traditionell das mühsame Mischen von Proteinketten in einem Reaktionsröhrchen. Die MPU hingegen erledigt alles automatisch und wird über einen herkömmlichen PC oder ein Smartphone gesteuert.

Durch die Herstellung eines Prototyps eines DNA-Prozessors mit einem 3D-Drucker konnten die Forscher seine Verwendung zur Durchführung komplexer mathematischer Operationen mit Boolescher Logik demonstrieren. Dazu wurden DNA-Einzelstrangvorlagen in Logikgatter umgewandelt, die mit eingehender DNA und komplementären Watson-Crick-Sequenzen verbunden wurden und ausgehende DNA produzierten, deren Länge ein binäres Richtig-Falsch-Ergebnis ergab.

Die Funktionalität des MPU-Prototyps beschränkt sich auf die grundlegendsten logischen Operationen – AND, OR, XOR und NOT – aber das INU-Team ist davon überzeugt, dass dies erst der Anfang ist. Ihren Prognosen zufolge wird die MPU zur Entwicklung komplexer Rechenwerke und neuromorpher Schaltungen beitragen.

„Wir haben einen Machbarkeitsnachweis für den grundlegenden Betrieb von Logikgattern und DNA-Berechnungen durch einen DNA-basierten MPU-Chip erbracht, wenn auch mit eingeschränkter Funktionalität“, schloss INU ihren Artikel in der Zeitschrift ACS Nano und fügte hinzu, dass sich ihre zukünftige Forschung darauf konzentrieren werde Schaffung integrierter Computerplattformen für Deep-Learning- und mathematische Modellierungsanwendungen – mit DNA-Algorithmen und DNA-basierten Datenspeichersystemen.

Die INU ist nicht die einzige Organisation, die DNA als mögliche Grundlage für eine neue Computerrevolution sieht. Bereits 2016 demonstrierten Microsoft und die University of Washington DNA-basierte digitale Speicherung, bei der bis zu 200 MB Daten in Strängen eingekapselter synthetischer DNA gespeichert werden. Wie Microsoft damals behauptete, würde diese Technologie es ermöglichen, Informationen für 2000 Jahre bei 10 °C oder Millionen von Jahren bei Abkühlung auf -18 °C zu speichern.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Hauptrisikofaktor für Spielsucht 07.05.2024

Computerspiele werden bei Teenagern zu einer immer beliebteren Unterhaltungsform, die damit verbundene Gefahr einer Spielsucht bleibt jedoch ein erhebliches Problem. Amerikanische Wissenschaftler führten eine Studie durch, um die Hauptfaktoren zu ermitteln, die zu dieser Sucht beitragen, und um Empfehlungen für ihre Vorbeugung abzugeben. Über einen Zeitraum von sechs Jahren wurden 385 Teenager beobachtet, um herauszufinden, welche Faktoren sie für eine Spielsucht prädisponieren könnten. Die Ergebnisse zeigten, dass 90 % der Studienteilnehmer nicht von einer Sucht bedroht waren, während 10 % spielsüchtig wurden. Es stellte sich heraus, dass der Schlüsselfaktor für die Entstehung einer Spielsucht ein geringes Maß an prosozialem Verhalten ist. Jugendliche mit einem geringen Maß an prosozialem Verhalten zeigen kein Interesse an der Hilfe und Unterstützung anderer, was zu einem Verlust des Kontakts zur realen Welt und einer zunehmenden Abhängigkeit von der virtuellen Realität durch Computerspiele führen kann. Basierend auf diesen Ergebnissen, Wissenschaftler ... >>

Verkehrslärm verzögert das Wachstum der Küken 06.05.2024

Die Geräusche, die uns in modernen Städten umgeben, werden immer durchdringender. Allerdings denken nur wenige Menschen darüber nach, welche Auswirkungen dieser Lärm auf die Tierwelt hat, insbesondere auf so empfindliche Tiere wie Küken, die noch nicht aus ihren Eiern geschlüpft sind. Aktuelle Forschungsergebnisse bringen Licht in diese Frage und weisen auf schwerwiegende Folgen für ihre Entwicklung und ihr Überleben hin. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Verkehrslärm bei Zebraküken zu ernsthaften Entwicklungsstörungen führen kann. Experimente haben gezeigt, dass Lärmbelästigung das Schlüpfen der Küken erheblich verzögern kann und die schlüpfenden Küken mit einer Reihe gesundheitsfördernder Probleme konfrontiert sind. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die negativen Auswirkungen der Lärmbelästigung auch auf die erwachsenen Vögel übergreifen. Reduzierte Fortpflanzungschancen und verringerte Fruchtbarkeit weisen auf die langfristigen Auswirkungen von Verkehrslärm auf die Tierwelt hin. Die Studienergebnisse unterstreichen den Bedarf ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Gammastrahlen konservieren Holz 15.06.2003

Französische Physiker haben radioaktive Strahlung eingesetzt, um etwa sechstausend Jahre alte Fischerboote zu konservieren.

Unter Wasser oder in feuchter Erde kann Holz Tausende von Jahren gelagert werden, aber wenn es mit Luft in Berührung kommt, bricht es schnell zusammen. Boote, die sogenannten Odnoderevki, die aus 5-6 Meter langen Eichenstämmen ausgehöhlt wurden, wurden letztes Jahr in der Nähe des Ufers der Seine bei Paris gefunden.

Zunächst wurden die Fundstücke in speziellen Bädern mit Kunstharz getränkt – dies dauerte mehrere Monate. Dann wurden sie einen Tag lang in eine Kammer mit anderthalb Meter hohen Betonwänden gelegt, auf die ein Strahl von Gammastrahlen aus einem Atomreaktor gerichtet war. Die Strahlung verursachte erstens die Polymerisation des Harzes und verklebte das Holz, bis es zerbröckelte; Zweitens tötete es Mikroben und Pilze, die Fäulnis verursachen könnten.

Zuvor wurden die Holzteile der Titanic, die vom Grund des Atlantiks gehoben wurden, der gleichen Behandlung unterzogen. Jetzt sind im Pariser Geschichtsmuseum Boote ausgestellt, die beweisen, dass Paris 4000 Jahre älter ist, als Historiker bisher angenommen haben.

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