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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,纳 米 科 技,第六章 纳米生物学,第四节 生物计算机和分子机械,纳 米 科 技,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,医药(yyo)最前端,第一页，共15页。,一、生物(shngw)计算机,研究表明，以蛋白质分子材料制造的生物计算机，不但体积小、质量轻、耗能少、环境适应性强，而且运算速度和信息(xnx)储存能力均比现有的计算机高出数亿倍。,1、研究(ynji)目的,第二页，共15页。,一、生物(shngw)计算机,当前，美国、日本和俄罗斯等国已在生物计算机的原型(yunxng)器件及其系统研究方面进行了大量的工作，取得了很大的进展。,2、国外进展(jnzhn),第三页，共15页。,一、生物(shngw)计算机,美国(mi u)和俄罗斯研制的细菌式紫红蛋白质计算机处理器，就具有非常独特的热、光、化学特性和良好的稳定性。它的奇特的光学循环特性就可以用于信息的储存，估计有望代替当今计算机的信息处理和存储。有人预计美国(mi u)在35年内就能大批量生产这种计算机。因为生物计算机所用的材料可以通过基因技术改造后的细菌大量生产，所以生物计算机的造价要比半导体计算机的造价低得多。,2、国外进展(jnzhn),第四页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,由于DNA含有大量的遗传密码基因，这些基因通过生物化学反应传递遗传信息，可以代代相传，所以科学家正在探讨应用遗传物质DNA制造具有全新概念的DNA生物计算(j sun)机。DNA计算(j sun)机就是利用DNA分子的这种遗传信息传递方式来实现计算(j sun)功能的。,第五页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,DNA分子中的密码相当于计算机存储的数据，在某种酶的作用下DNA分子发生生物化学反应，从一种基因代码变成另一种基因代码，相当于一组数据变成另一组数据，完成了一次运算。如果将反应前的基因代码作为系统的输入数据，反应后的基因代码作为运算结果(ji gu)，只要控制合适就可利用这种反应过程制成DNA计算机。,第六页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,一方面，这种计算机是基于分子反应，因此运算速度非常快；,另一方面，由于每个DNA分子含有大量基因(jyn)，DNA分子的存储容量十分巨大。正因如此，DNA计算机可以做得很小，且消耗能量很少。,第七页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,先依靠聚合酶合成能反映编码方案的DNA分子；,然后利用核酸分子互补(h b)配对的性质和连接反应生成代表问题所有可能解的分子；,再采用限制酶破坏非答案分子，并借助聚合酶链式反应和电泳技术排除错误答案，获得正确答案。,分子计算机一般是利用核酸分子DNA或RNA的分子特性和生化反应来实现计算的。如在某个具体(jt)问题的生物分子计算过程：,第八页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,1）分析要解决的问题，采用特定编码方式，将该问题反映到DNA链上，并根据(gnj)需要合成DNA链；,2）根据(gnj)碱基互补配对的原则进行DNA链的杂交，由杂交或连接反应执行核心处理过程；,3）得到的产物即为含有答案的DNA分子混合物，用提取法或破坏法得到产物DNA。,生物分子(fnz)计算一般可概括为三个基本步骤：,第九页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,由于DNA含有大量的遗传密码基因，这些基因通过生物化学反应传递遗传信息，可以代代相传，所以科学家正在探讨应用遗传物质DNA制造具有全新概念的DNA生物计算(j sun)机。,1、研究(ynji)目的,二、DNA生物(shngw)计算机,研究表明，以蛋白质分子材料制造的生物计算机，不但体积小、质量轻、耗能少、环境适应性强，而且运算速度和信息(xnx)储存能力均比现有的计算机高出数亿倍。,如果将反应前的基因代码作为系统的输入数据，反应后的基因代码作为运算结果(ji gu)，只要控制合适就可利用这种反应过程制成DNA计算机。,人们正在探索希望(xwng)能够利用生物分子的某些特殊运动机制来实现的纳米生物机械是纳米生物学的另一个重要研究内容。,有人预计美国(mi u)在35年内就能大批量生产这种计算机。,生物分子计算可应用于解决(jiju)哈密顿路径问题、最大集合问题、满意问题和矩阵乘法等问题的解答。,一、生物(shngw)计算机,当前，美国、日本和俄罗斯等国已在生物计算机的原型(yunxng)器件及其系统研究方面进行了大量的工作，取得了很大的进展。,三、纳米(n m)生物机械,二、DNA生物(shngw)计算机,2）根据(gnj)碱基互补配对的原则进行DNA链的杂交，由杂交或连接反应执行核心处理过程；,有人预计美国(mi u)在35年内就能大批量生产这种计算机。,二、DNA生物(shngw)计算机,如果待计算的问题比较复杂，经一轮的核心(hxn)处理和提取分析只能得到中间结果，可重复、直到得到满意的结果为止。,生物分子计算(j sun)一般可概括为三个基本步骤：,第十页，共15页。,二、DNA生物(shngw)计算机,生物分子计算可应用于解决(jiju)哈密顿路径问题、最大集合问题、满意问题和矩阵乘法等问题的解答。,1994年，Adleman用DNA计算方法解决(jiju)了哈密顿路径问题，这一实验揭示了用分子生物学技术在分子水平上进行计算的可能性，成果令人振奋。,第十一页，共15页。,三、纳米(n m)生物机械,人们正在探索希望(xwng)能够利用生物分子的某些特殊运动机制来实现的纳米生物机械是纳米生物学的另一个重要研究内容。在人类已经能够进行单个原子和分子任意操纵的今天，研制出具有特殊运动机制的纳米生物机械将不再是可望而不可及的了。,第十二页，共15页。,三、纳米(n m)生物机械,美国加洲硅谷(u)的人造分子研究所（Institute for Molecular Manufacturing，IMM）已经设计出各种不同用途的人造分子及其由这些分子构成的运动机构，象纳米齿轮、纳米马达、纳米轴承、生物分子泵、多自由度分子机器人等。,第十三页，共15页。,三、纳米生物(shngw)机械,美国国家宇航局（NASA）Ames研究中心专门研究设计了用钠米碳管和C60分子(fnz)构成的分子(fnz)机械，如纳米齿轮传动系统和纳米直线位移机构。运用这些人造分子(fnz)及纳米生物机械今后就可望制造便于进入微小空间的微型系统。,第十四页，共15页。,谢谢(xi xie)观看,第十五页，共15页。,