O termo DNA evoca imediatamente a hélice de fita dupla que contém todas as nossas informações genéticas. Mas as unidades individuais de suas duas fitas são pares de moléculas ligadas entre si de forma seletiva, forma complementar. Acontece que, pode-se aproveitar esta propriedade de emparelhamento para realizar cálculos matemáticos complexos, e isso forma a base da computação do DNA.

Uma vez que o DNA tem apenas duas fitas, realizar até mesmo um cálculo simples requer múltiplas reações químicas usando diferentes conjuntos de DNA. Na maioria das pesquisas existentes, o DNA para cada reação é adicionado manualmente, um por um, em um único tubo de reação, o que torna o processo muito complicado. Chips microfluídicos, que consistem em canais estreitos gravados em um material como plástico, oferecem uma maneira de automatizar o processo. Mas apesar de sua promessa, o uso de chips microfluídicos para computação de DNA permanece pouco explorado.

Em um artigo recente - publicado em ACS Nano em 7 de julho de 2021, uma equipe de cientistas da Incheon National University (INU), Coréia, apresentam um chip microfluídico baseado em DNA programável que pode ser controlado por um computador pessoal para realizar cálculos de DNA. "Nossa esperança é que CPUs baseadas em DNA substituam CPUs eletrônicas no futuro porque consomem menos energia, o que ajudará no aquecimento global. CPUs baseadas em DNA também fornecem uma plataforma para cálculos complexos, como soluções de aprendizagem profunda e modelagem matemática, "diz o Dr. Youngjun Song do INU, quem conduziu o estudo.

Dr. Song e equipe usaram impressão 3D para fabricar seu chip microfluídico, que pode executar a lógica booleana, uma das lógicas fundamentais da programação de computadores. A lógica booleana é um tipo de lógica verdadeiro ou falso que compara entradas e retorna um valor de 'verdadeiro' ou 'falso' dependendo do tipo de operação, ou 'porta lógica, "usado. A porta lógica neste experimento consistia em um molde de DNA de fita simples. Diferentes DNA de fita simples foram usados ​​como entradas. Se parte de um DNA de entrada tivesse uma sequência Watson-Crick complementar ao DNA do molde, ele emparelhou para formar DNA de fita dupla. A saída foi considerada verdadeira ou falsa com base no tamanho do DNA final.

O que torna o chip projetado extraordinário é um sistema de válvula motorizado que pode ser operado usando um PC ou smartphone. O chip e o software configurados juntos formam uma unidade de processamento microfluídico (MPU). Graças ao sistema de válvula, o MPU poderia realizar uma série de reações para executar uma combinação de operações lógicas de maneira rápida e conveniente.

Este sistema de válvula exclusivo do MPU baseado em DNA programável abre caminho para cascatas de reações mais complexas que podem codificar funções estendidas. "A pesquisa futura se concentrará em uma solução total de computação de DNA com algoritmos de DNA e sistemas de armazenamento de DNA, "diz o Dr. Song.