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新型纳米颗粒为生物计算机开发迈出新的一步

来源:生物谷 2014-08-23 13:12

2014年8月23日讯 /生物谷BIOON/ --最近来自俄罗斯科学院和莫斯科物理技术研究中心的科学家们在Nature Nanotechnology发表了关于纳米载药系统的最新成果。研究人员开发了一种以分子负荷形式进行输送的纳米颗粒,更重要的是,这种纳米颗粒在体外能够遵循所谓的"布尔运算"表达联合、相交和相减等意义。这对于生物计算机的研制有着重要意义。这项工作的研究人员甚至将其比作"晶体管",而后者则催生了现代的计算机产业。

研究人员通过对纳米颗粒表面处理成能够接受多种信号的结构,进而使其能够识别两种以上的生物信号。当纳米颗粒同时识别两种信号(满足布尔逻辑的"交集")时,这种纳米颗粒就会与特定靶细胞结合。目前研究人员已经能够控制这种纳米颗粒特意识别肿瘤细胞。同时研究人员还发现,当向这些纳米颗粒输入"指令"(既纳米颗粒识别特定信号)时,这些颗粒能够达到特殊的逻辑阈值进而做出反应。这一现象可被用于生物计算机中指令输入到结果输出的过程。

这也是近些年来,俄罗斯科学团队在无国际合作下,首次在国际主流学术期刊上发表的研究成果。

布尔运算是英国数学家布尔在1847年发明的处理二值之间关系的逻辑数学计算法,包括联合、相交、相减。布尔用数学方法研究逻辑问题,成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断,把推理看作等式的变换。这种变换的有效性不依赖人们对符号的解释,只依赖于符号的组合规律 。这一逻辑理论人们常称它为布尔代数。20世纪30年代,逻辑代数在电路系统上获得应用,随后,由于电子技术与计算机的发展,出现各种复杂的大系统,它们的变换规律也遵守布尔所揭示的规律。(生物谷Bioon.com)

生物谷推荐的英文摘要:

NATURE NANOTECHNOLOGY  doi:10.1038/nnano.2014.156

PMC:

PMID:

Biocomputing based on particle disassembly

Maxim P. Nikitin, Victoria O. Shipunova, Sergey M. Deyev & Petr I. Nikitin

Nanoparticles with biocomputing capabilities could potentially be used to create sophisticated robotic devices with a variety of biomedical applications, including intelligent sensors and theranostic agents. DNA/RNA-based computing techniques have already been developed that can offer a complete set of Boolean logic functions and have been used, for example, to analyse cells and deliver molecular payloads. However, the computing potential of particle-based systems remains relatively unexplored. Here, we show that almost any type of nanoparticle or microparticle can be transformed into autonomous biocomputing structures that are capable of implementing a functionally complete set of Boolean logic gates (YES, NOT, AND and OR) and binding to a target as result of a computation. The logic-gating functionality is incorporated into self-assembled particle/biomolecule interfaces (demonstrated here with proteins) and the logic gating is achieved through input-induced disassembly of the structures. To illustrate the capabilities of the approach, we show that the structures can be used for logic-gated cell targeting and advanced

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