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DNA分子计算机突破2nm半导体工艺极限

2026-04-29
来源:科技日报

韩国科学技术院工程生物学研究院科学家研制出一种基于DNA的分子计算机,其核心元件尺度远小于传统半导体器件,达到2纳米以下,且首次在同一分子系统内整合了信息存储与运算功能。这一突破为未来生物医学计算,尤其是精准疾病诊断奠定了基础。相关成果发表于最新一期《科学进展》杂志。

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当前,硅基半导体工艺正逼近2纳米物理极限,探寻超越传统芯片的替代方案已成学界共识。DNA凭借其独特的生物特性脱颖而出,成为下一代计算载体的热门候选。

DNA的互补碱基配对原则,使其能被精准编程以响应特定信号;而相邻碱基间仅0.34纳米的间距,更赋予其海量信息存储的天然优势。然而,传统DNA电路多属“一次性”反应:信号触发后分子即被消耗,难以支撑连续、复杂的运算任务。

为突破这一瓶颈,团队巧妙设计了新型DNA分子。它们能在输入信号的驱动下改变空间构象,并长久“锁定”该状态。由此形成的稳定结构不仅直接编码信息,更能用于存储参与后续运算。

换言之,团队打造出一套自保持(免复位)分子电路,无需外部干预即可实时处理信息,并能将历史运算结果持久留存,真正实现了分子层面的“读写存储”。

此项研究的重要意义在于,它在DNA分子尺度上复现了晶体管的核心逻辑功能。这不仅为可编程分子系统奠定了基石,更让DNA超越了单纯的化学反应介质,跃升为具备自主信息处理与存储能力的智能载体。

这项成果大幅提升了DNA分子计算机的实用化前景,为生物计算与疾病诊断等医学应用打开了一扇充满前景的大门。

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