Il termine DNA richiama immediatamente alla mente l'elica a doppio filamento che contiene tutte le nostre informazioni genetiche. Ma le singole unità dei suoi due filamenti sono coppie di molecole legate tra loro in modo selettivo, moda complementare. risulta, si può sfruttare questa proprietà di abbinamento per eseguire calcoli matematici complessi, e questo costituisce la base del calcolo del DNA.

Poiché il DNA ha solo due filamenti, eseguire anche un semplice calcolo richiede più reazioni chimiche utilizzando diversi set di DNA. Nella maggior parte delle ricerche esistenti, il DNA per ogni reazione viene aggiunto manualmente, uno per uno, in un unico tubo di reazione, che rende il processo molto macchinoso. Chip microfluidici, che consistono in canali stretti incisi su un materiale come la plastica, offrire un modo per automatizzare il processo. Ma nonostante la loro promessa, l'uso di chip microfluidici per il calcolo del DNA rimane poco esplorato.

In un recente articolo, pubblicato su ACS Nano il 7 luglio 2021, un team di scienziati della Incheon National University (INU), Corea, presentano un chip microfluidico programmabile basato sul DNA che può essere controllato da un personal computer per eseguire calcoli del DNA. "La nostra speranza è che le CPU basate sul DNA sostituiscano le CPU elettroniche in futuro perché consumano meno energia, che aiuterà con il riscaldamento globale. Le CPU basate su DNA forniscono anche una piattaforma per calcoli complessi come soluzioni di deep learning e modellazione matematica, " dice il dottor Youngjun Song dell'INU, che ha condotto lo studio.

Il dottor Song e il team hanno utilizzato la stampa 3D per fabbricare il loro chip microfluidico, che può eseguire la logica booleana, una delle logiche fondamentali della programmazione informatica. La logica booleana è un tipo di logica vero o falso che confronta gli input e restituisce un valore "vero" o "falso" a seconda del tipo di operazione, o 'porta logica, " utilizzato. La porta logica in questo esperimento consisteva in un modello di DNA a filamento singolo. Diversi DNA a filamento singolo venivano quindi utilizzati come input. Se parte di un DNA in ingresso aveva una sequenza Watson-Crick complementare al DNA modello, si è accoppiato per formare DNA a doppio filamento. L'output è stato considerato vero o falso in base alla dimensione del DNA finale.

Ciò che rende straordinario il chip progettato è un sistema di valvole motorizzate che può essere azionato tramite PC o smartphone. Il chip e la configurazione del software insieme formano un'unità di elaborazione microfluidica (MPU). Grazie al sistema di valvole, la MPU potrebbe eseguire una serie di reazioni per eseguire una combinazione di operazioni logiche in modo rapido e conveniente.

Questo esclusivo sistema di valvole della MPU programmabile basata su DNA apre la strada a cascate di reazioni più complesse che possono codificare per funzioni estese. "La ricerca futura si concentrerà su una soluzione di calcolo del DNA totale con algoritmi del DNA e sistemi di archiviazione del DNA, " dice il dottor Song.