Processador de DNA finalmente em um chip programvel

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Informtica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 27/09/2021

Processador de DNA finalmente em um chip program

A computao de DNA pode ser finalmente realizada sem a necessidade de pipetas, tubos de ensaio e trabalho manual.
[Imagem: Wonjin Lee et al. – 10.1021/acsnano.1c02153]

Processador de DNA

Os computadores de DNA – que usam molculas de DNA sinttico em lugar dos transistores – esto por a h alguns anos, mas s agora eles comeam a se parecer mais com os computadores eletrnicos tradicionais.

Wonjin Lee, da Universidade Nacional da Coreia, conseguiu criar um autntico processador de DNA em um chip, modularizando experimentos que at agora eram feitos em tubos de ensaio – os clculos eram feitos, mas de forma artesanal, demorada e exigindo essencialmente construir um computador de DNA inteiro para cada tarefa.

Lee construiu o chip usando a tecnologia microfludica, hoje aplicada sobretudo nas pesquisas biomdicas, onde lquidos so dirigidos de forma controlada no interior de microcanais escavados em pastilhas de silcio ou plstico, os chamados biochips. Conforme os lquidos se encontram, eles reagem uns com os outros, permitindo realizar reaes qumicas em pequena escala e com muita preciso.

A grande inovao deste processador de DNA que os canais do chip microfludico, que acomodam e conduzem as molculas de DNA, podem ser programados por meio de um sistema de vlvulas motorizado. E este sistema operado usando um programa instalado em um PC ou celular.

O bioprocessador e o software formam o que os pesquisadores chamam uma MPU, uma unidade de processamento microfludico (Microfluidic Processing Unit), em referncia s tradicionais CPUs dos computadores eletrnicos. Graas ao sistema de vlvulas, a MPU pode realizar uma srie de reaes para executar uma combinao de operaes lgicas de maneira rpida, prtica e, sobretudo, que pode ser facilmente replicada.

Processador de DNA finalmente em um chip program

Detalhe da MPU e do conjunto de servomotores que a controla, bombeando os reagentes em seus microcanais.
[Imagem: Wonjin Lee et al. – 10.1021/acsnano.1c02153]

Unidade de Processamento Microfludico

Como o DNA tem apenas duas fitas, a realizao de cada clculo requer mltiplas reaes qumicas, usando diferentes conjuntos de DNA. Na maioria das demonstraes anteriores, o DNA de cada reao era adicionado manualmente, um por um, em um nico tubo de reao.

No novo chip, basta programar os canais para que eles conduzam cada conjunto de molcula para o local correto e no momento adequado, realizando sequencialmente as operaes booleanas, a lgica verdadeiro-ou-falso (ou 0 e 1) tpica dos processadores.

Cada porta lgica do processador consiste em um molde de DNA de fita simples, enquanto diferentes DNAs de fita simples so usados como entradas. Se parte de um DNA de entrada tiver uma sequncia complementar ao DNA-molde, ele se emparelha para formar o DNA de fita dupla. A sada considerada verdadeira ou falsa com base no tamanho do DNA resultante.

“As pesquisas futuras se concentraro em uma soluo total de computao de DNA, com algoritmos de DNA e sistemas de armazenamento de DNA”, disse o professor Youngjun Song, coordenador da equipe. “Nossa esperana que as CPUs baseadas em DNA substituam as CPUs eletrnicas no futuro porque consomem menos energia, o que ajudar a lidar com o aquecimento global. CPUs baseadas em DNA tambm fornecem uma plataforma para clculos complexos, como solues de aprendizagem profunda e modelagem matemtica.”

Bibliografia:

Artigo: Programmable DNA-Based Boolean Logic Microfluidic Processing Unit
Autores: Wonjin Lee, Minsang Yu, Doyeon Lim, Taeseok Kang, Youngjun Song
Revista: ACS Nano
Vol.: 15, 7, 11644-11654
DOI: 10.1021/acsnano.1c02153

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