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DNA verwandelte sich in Logikgatter

28.03.2019

Einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Forschern des California Institute of Technology ist es gelungen, einen kleinen, aber bedeutenden Schritt in der Entwicklung beliebig programmierbarer chemischer Computer zu machen. Als grundlegende Rechenelemente in solchen Systemen werden DNA-Sätze verwendet, die von Natur aus die Fähigkeit haben, sich selbst zu organisieren und zu wachsen. Alles, was benötigt wird, um DNA-basierte Computersysteme zu betreiben, ist warmes Brackwasser, ein DNA-codierter Wachstumsalgorithmus und grundlegende Standardsätze von DNA-Sequenzen.

Bisher wurden "Rechnungen" mit DNA ausschließlich mit einer beliebigen Sequenz durchgeführt. Für willkürliche Berechnungen waren die bestehenden Methoden nicht geeignet. Wissenschaftler von Caltech (Caltech) konnten diese Einschränkung überwinden und stellten eine Technologie vor, die beliebige Algorithmen ausführen kann, indem sie einen grundlegenden Satz bedingt logischer DNA-Elemente und eine Probe von 355 grundlegenden DNA-Sequenzen verwendet, die für den „Rechen“-Algorithmus verantwortlich sind – analog zu Computeranweisungen . Ein logischer "Samen" und eine Reihe von "Anweisungen" werden in die Salzlösung eingeführt, wonach die Berechnung beginnt - die Zusammenstellung der Sequenz.

Das Grundelement oder „Samen“ ist eine DNA-Faltung (DNA-Origami) – ein Nanoröhrchen mit einer Länge von 150 nm und einem Durchmesser von 20 nm. Die Struktur des "Samens" bleibt unabhängig vom zu berechnenden Algorithmus praktisch unverändert. Die Peripherie des „Samens“ ist so gestaltet, dass an seinem Ende der Zusammenbau von DNA-Sequenzen beginnt. Es ist bekannt, dass ein wachsender DNA-Strang aus Sequenzen zusammengesetzt wird, die mit den vorgeschlagenen Sequenzen in Bezug auf die molekulare Struktur und die chemische Zusammensetzung übereinstimmen, und nicht zufällig. Da die Peripherie des "Samens" in Form von sechs bedingten Ventilen dargestellt wird, wobei jedes Ventil zwei Eingänge und zwei Ausgänge hat, beginnt das DNA-Wachstum einer bestimmten Logik (Algorithmus) zu gehorchen, die, wie bereits oben erwähnt, durch a dargestellt wird gegebener Satz von DNA-Sequenzen in einer Lösung von 355 grundlegenden Optionen platziert.

Wissenschaftler haben im Verlauf von Experimenten die Möglichkeit gezeigt, 21 Algorithmen auszuführen, darunter das Zählen von 0 bis 63, das Auswählen eines Anführers, das Bestimmen der Division durch drei und andere, obwohl alles nicht auf diese Algorithmen beschränkt ist. Der Berechnungsprozess geht Schritt für Schritt weiter, während die DNA-Stränge an allen sechs Ausgängen des "Samens" wachsen. Dieser Vorgang kann ein bis zwei Tage dauern. Die Produktion von "Samen" dauert ein bis zwei Stunden.

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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, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

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Ein dünnes, kürzeres Nanoröhrchen wird in ein dickes Nanoröhrchen eingeführt, das an einer Elektrode befestigt ist. Wenn ein elektrisches Signal angelegt wird, bewegt sich eine dünne Nanoröhre aus einer dicken, erreicht die zweite Elektrode, schließt den Stromkreis und bleibt in dieser Position, gehalten von Van-der-Waals-Kräften. Ein neues Signal kann das Mobilteil in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen.

Es stellt sich heraus, dass jedes solche Paar ein Bit ist, das entweder 0 oder 1 ist, und die Aufzeichnungsdichte unter Berücksichtigung der Angström-Durchmesser von Nanoröhren sich als kolossal herausstellt. Das Hauptproblem besteht darin, solche Doppelröhrchen in ausreichender Menge herzustellen und gleichmäßig auf der Elektrode zu befestigen.

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