生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)（biological computer）指使用脫氧核糖核酸(DNA)或者諸如蛋白質(zhì)的生物分子、檢索、用于處理數(shù)據(jù)的計(jì)算系統(tǒng)。生物計(jì)算機(jī)包含一系列代謝途徑，旨在代表根據(jù)輸入狀態(tài)做出反應(yīng)的生物材料，這些代謝反應(yīng)構(gòu)成了計(jì)算的輸出。生物計(jì)算機(jī)的分子集成密度和超大規(guī)模并行處理能力使其在運(yùn)算速度、信息存儲(chǔ)密度、與傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)相比，它在能量損耗和體積方面有很大的優(yōu)勢。

生物計(jì)算機(jī)

生物計(jì)算機(jī)可以分為三種主要類型：生物化學(xué)計(jì)算機(jī)、生物力學(xué)計(jì)算機(jī)和生物電子計(jì)算機(jī)。它們分別利用生物分子的化學(xué)反應(yīng)、機(jī)械響應(yīng)和電響應(yīng)實(shí)現(xiàn)信息處理功能。生物計(jì)算機(jī)具有各種功能能力，目前包括二進(jìn)制邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)計(jì)算。

有一門人類學(xué)科叫仿生學(xué)，就是通過對(duì)自然界生物特性的研究和模仿，達(dá)到更好地服務(wù)于人類社會(huì)的目的。一個(gè)典型的例子是通過研究蜻蜓的飛行來制造直升機(jī)；在青蛙 的表面上的眼睛“視而不見”，實(shí)際“明察秋毫”了解，開發(fā)了電子蛙眼；在對(duì)蒼蠅飛行研究的基礎(chǔ)上，仿制了一種新型導(dǎo)航儀——振動(dòng)陀螺儀，能使飛機(jī)火箭自動(dòng)停止危險(xiǎn)“跟頭”飛行，當(dāng)飛機(jī)強(qiáng)烈傾斜時(shí)，可以自動(dòng)平衡，這樣飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎中也萬無一失；通過研究蝙蝠沒有視覺，通過發(fā)射超聲波定向飛行的特性，制成了雷達(dá)、超聲波定向儀等；對(duì)變色龍的研究產(chǎn)生了隱身科學(xué)和保護(hù)色的應(yīng)用…

仿生學(xué)也可以應(yīng)用到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。通過對(duì)生物組織的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)組織是由無數(shù)的細(xì)胞組成的，而細(xì)胞是由水組成的、鹽、蛋白質(zhì)核酸和其他有機(jī)化合物，以及有機(jī)物質(zhì)中的一些蛋白質(zhì)分子，像開關(guān)，都有“開”與“關(guān)”的功能。因此，人類可以利用基因工程技術(shù)復(fù)制這種蛋白質(zhì)分子，并以此為元件制造計(jì)算機(jī)。科學(xué)家稱這種計(jì)算機(jī)為生物計(jì)算機(jī)。

正如人類基因組計(jì)劃啟發(fā)我們的那樣，DNA（脫氧核糖核酸）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前計(jì)算機(jī)使用的硅芯片。目前，計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在努力開發(fā)基因超級(jí)計(jì)算機(jī)，以建立基于DNA的信息技術(shù)的新世紀(jì)。DNA又稱脫氧核糖核酸，使細(xì)胞核攜帶生物生長指令的遺傳物質(zhì)。DNA有著不可思議的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，大概比硅片還要強(qiáng)。一般來說，1毫克DNA的存儲(chǔ)功能相當(dāng)于1萬張左右的光盤更不可思議的是，DNA還具有同時(shí)處理萬億條運(yùn)算指令的能力。研究人員指出，編碼生命活動(dòng)指令的遺傳分子DNA和RNA可以存儲(chǔ)比常規(guī)存儲(chǔ)芯片更多的數(shù)據(jù)試管生物計(jì)算機(jī)含有大量遺傳物質(zhì)的片段，每個(gè)片段都是一個(gè)微型計(jì)算工具，因此生物計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)千甚至數(shù)百萬次計(jì)算。研究人員對(duì)生物計(jì)算機(jī)的未來用途有各種各樣的想法。其中之一就是讓它在新藥臨床試驗(yàn)中代替人它可以通過計(jì)算模擬人體的多種變化只要把藥物的成分描述輸入生物計(jì)算機(jī)，就會(huì)得到反應(yīng)結(jié)果。

生物計(jì)算的早期概念始于1959年，當(dāng)時(shí)諾貝爾獎(jiǎng)得主費(fèi)曼提議在分子尺度上開發(fā)計(jì)算機(jī)；

自20世紀(jì)70年代以來，人們發(fā)現(xiàn)了脫氧核糖核酸（DNA）在不同的狀態(tài)下，有信息和無信息都可能發(fā)生變化。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物元素可以在邏輯電路中實(shí)現(xiàn)0和1、晶體管的開或關(guān)、電壓的高或低、脈沖信號(hào)的存在或不存在等。經(jīng)過特殊培養(yǎng)后制成的生物芯片可用作新型高速計(jì)算機(jī)的集成電路。

1994年，圖靈獎(jiǎng)獲得者阿德曼提出了基于生化反應(yīng)機(jī)制的DNA計(jì)算模型；

生物計(jì)算機(jī)方面的突破性工作是2007年北京大學(xué)提出的并行DNA計(jì)算模型，它將有一個(gè)61個(gè)頂點(diǎn)的a 3-所有48個(gè)3 顏色圖表的s-所有的顏色都解決了，它的算法復(fù)雜度是，而這個(gè)搜索數(shù)，即使是當(dāng)今最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，也需要13217年才能完成，這似乎預(yù)示著生物計(jì)算機(jī)的時(shí)代即將到來。

它的主要原料是生物工程技術(shù)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)分子，用作生物芯片。生物芯片比硅片上的電子元件小得多，而且生物芯片本身具有天然獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，密度比平面硅集成電路高五個(gè)數(shù)量級(jí)。讓數(shù)萬億個(gè)DNA分子在一種酶的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以讓生物計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行數(shù)十億次。生物計(jì)算機(jī)芯片本身也具有并行處理的功能，運(yùn)算速度比最新一代計(jì)算機(jī)更快。一旦生物芯片出現(xiàn)故障，它可以自我修復(fù)，因此具有自愈能力。生物計(jì)算機(jī)具有生物活性，可以與人體組織有機(jī)結(jié)合，特別是與大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。這樣，生物計(jì)算機(jī)就可以直接接受大腦的綜合指揮，成為人腦的輔助裝置或擴(kuò)展部分，可以通過人體細(xì)胞吸收營養(yǎng)和補(bǔ)充能量，因此不需要外部能量。它將被植入人體，幫助人類學(xué)習(xí)、思考、創(chuàng)造、發(fā)明的理想伙伴。此外，由于生物芯片中流動(dòng)的電子之間發(fā)生碰撞的可能性極小，幾乎沒有阻力，因此生物計(jì)算機(jī)的能耗極小。

2021年3月，西班牙龐貝·法布拉大學(xué)的一個(gè)研究小組設(shè)計(jì)了“生物計(jì)算機(jī)”可以在紙上打印細(xì)胞。

生物分子或超分子芯片

基于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模式，從尋找高效率、目前，生物體內(nèi)的小分子已被電子信息載體和信息傳遞器所研究、大分子、人們對(duì)超分子生物芯片的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)。生物化學(xué)電路”即屬于此。

自動(dòng)機(jī)模型

基于自動(dòng)化理論，我們努力尋找新的計(jì)算機(jī)模型，特別是用于特殊目的的非數(shù)值計(jì)算機(jī)模型。目前的研究主要集中在基本生物現(xiàn)象的類比上，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、免疫網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞自動(dòng)機(jī)等。不同自動(dòng)機(jī)的區(qū)別主要是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接的區(qū)別它的基本特征是集體計(jì)算，也叫集體主義，在非數(shù)值計(jì)算中、模擬、認(rèn)可的潛力很大。

仿生算法

我們以生物智能為基礎(chǔ)，致力于尋找一種新的具有仿生概念的算法模式雖然類似于自動(dòng)機(jī)的思想，但是基于算法，不追求硬件的變化。

生化反應(yīng)算法

基于可控的生化反應(yīng)或反應(yīng)體系，利用小體積內(nèi)相似分子的高拷貝數(shù)，追求運(yùn)算的高并行性，從而提高運(yùn)算效率。DNA計(jì)算機(jī)就屬于這一類。

細(xì)胞計(jì)算機(jī)

采用系統(tǒng)遺傳學(xué)（系統(tǒng) 遺傳學(xué)）原理、合成生物技術(shù)人工設(shè)計(jì)和合成基因、基因鏈、信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)化的生物工程細(xì)胞（系統(tǒng) 生物-工程）通過改造和重新編程，可以完成復(fù)雜的計(jì)算和信息處理，蜂窩計(jì)算機(jī)也被稱為濕式計(jì)算機(jī)（濕 計(jì)算機(jī)）現(xiàn)在的電腦是干貨電腦（干 計(jì)算機(jī)）

1994年，中國科學(xué)院曾邦哲發(fā)表了系統(tǒng)生物工程的基因組藍(lán)圖設(shè)計(jì)和生物機(jī)器組裝、仿生學(xué)與基因工程的融合概念，如生物分子計(jì)算機(jī)細(xì)胞仿生工程等。中科院曾邦哲（曾杰）1999年，有人提出應(yīng)將遺傳信息系統(tǒng)視為基因組智能（基因組 智力）人工編程基因，重新設(shè)計(jì)細(xì)胞內(nèi)生物分子復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，使細(xì)胞成為人工生命系統(tǒng)（人工 生物系統(tǒng)），并在網(wǎng)上公布了人工設(shè)計(jì)細(xì)胞內(nèi)分子電路系統(tǒng)的概念圖，與“人工生命”從而提出計(jì)算機(jī)仿生學(xué)、研究了基因工程細(xì)胞分子機(jī)器的設(shè)計(jì)和組裝，2002年德國提出了分子模塊、細(xì)胞器、基因組設(shè)計(jì)細(xì)胞，設(shè)計(jì)細(xì)胞信號(hào)通訊的生物計(jì)算機(jī)模型，從而擴(kuò)展了多細(xì)胞計(jì)算機(jī)和層次的概念。生物計(jì)算機(jī)的研究和開發(fā)已經(jīng)成為現(xiàn)代合成生物學(xué)的重要組成部分。

生物計(jì)算機(jī)具有各種功能能力，目前包括二進(jìn)制邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)計(jì)算。

麻省理工學(xué)院(MIT)人工智能實(shí)驗(yàn)室的Tom Knight首先提出了一個(gè)生物計(jì)算模型，在這個(gè)模型中，蛋白質(zhì)濃度被用作邏輯運(yùn)算的二進(jìn)制信號(hào)。生物計(jì)算機(jī)的化學(xué)路徑中的生化產(chǎn)物的濃度等于或超過一定水平，這表明“1”和“一個(gè)信號(hào)值，濃度低于這個(gè)水平表示“1”和“另一個(gè)信號(hào)值在。利用這種方法進(jìn)行計(jì)算和分析，生物計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算，只有當(dāng)初始條件滿足特定的邏輯約束時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)合適的二進(jìn)制輸出。換句話說，適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制輸出是從一組初始條件中得出的結(jié)論。

除了上述類型的邏輯運(yùn)算，生物計(jì)算機(jī)還可以展示其他功能，如數(shù)學(xué)計(jì)算。一個(gè)例子是，W.L.Ditto.1999年Georgia Tech制造了一臺(tái)生物計(jì)算機(jī)它由水蛭神經(jīng)元組成，可以進(jìn)行簡單的加法運(yùn)算。

這些只是生物計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)來執(zhí)行的一些著名的用途。生物計(jì)算機(jī)的功能變得越來越復(fù)雜。由于與生物分子和生物計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)相關(guān)的可行性和潛在的經(jīng)濟(jì)效益，生物計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)熱門的和迅速增長的研究課題，并且在未來可以看到更多的進(jìn)展。

優(yōu)點(diǎn)

1983年，美國提出了生物計(jì)算機(jī)的概念。此后，各個(gè)發(fā)達(dá)國家開始研制生物計(jì)算機(jī)。生物學(xué)家將仿生學(xué)應(yīng)用于生物計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，產(chǎn)生了生化分子框架生物計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)。目前，生物計(jì)算機(jī)仍處于蓬勃發(fā)展階段，國內(nèi)外都在積極開發(fā)新的生物芯片。雖然生物計(jì)算機(jī)并沒有取得重大的顛覆性進(jìn)展，但一些學(xué)者甚至提出了目前生物計(jì)算機(jī)的一系列缺點(diǎn)，比如遺傳物質(zhì)的生物計(jì)算機(jī)受外界環(huán)境因素的干擾、無法檢測到計(jì)算結(jié)果、生化反應(yīng)可以 不能保證成功率等此外，很難在基于蛋白質(zhì)分子的芯片上運(yùn)行文本編輯器。但是，這些問題并不會(huì)影響生物計(jì)算機(jī)這個(gè)極具誘惑的領(lǐng)域的快速發(fā)展隨著人類技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些問題終將得到解決，生物計(jì)算機(jī)的商業(yè)化將會(huì)到來。

生物計(jì)算機(jī)是全球高技術(shù)領(lǐng)域中最具生命力和發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科，涉及包括計(jì)算機(jī)科學(xué)在內(nèi)的多個(gè)學(xué)科、腦科學(xué)、分子生物學(xué)、生物物理、生物工程、電子工程等相關(guān)學(xué)科。它的主要原料是生物工程技術(shù)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)分子，用作生物芯片。生物計(jì)算機(jī)芯片本身也具有并行處理的功能，運(yùn)算速度比最新一代計(jì)算機(jī)快10萬倍，能耗只有普通計(jì)算機(jī)的十億分之一，存儲(chǔ)信息的空間只占十億分之一。生物計(jì)算機(jī)有很多優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.體積小，功效高。

生物計(jì)算機(jī)的面積可容納數(shù)億個(gè)電路，比目前的電子計(jì)算機(jī)高出數(shù)百倍。同時(shí)，不再具有計(jì)算機(jī)形狀的生物計(jì)算機(jī)可以隱藏在桌子的角落里、墻或地板等地方，同時(shí)發(fā)熱和電磁干擾大大降低。

2.生物計(jì)算機(jī)的芯片持久性和可靠性

生物計(jì)算機(jī)是永久性的，高度可靠。如果能發(fā)揮生物體本身的修復(fù)機(jī)制，即使芯片失效也能自我修復(fù)。這是生物計(jì)算機(jī)極具吸引力的潛在優(yōu)勢）蛋白質(zhì)分子可以自我組裝，可以生成新的微電路，而且是活性的，所以生物計(jì)算機(jī)具有生物特性。生物計(jì)算機(jī)不再像電子計(jì)算機(jī)一樣，電子計(jì)算機(jī)可以t自動(dòng)修復(fù)損壞的芯片生物計(jì)算機(jī)可以發(fā)揮生物調(diào)節(jié)功能，自動(dòng)修復(fù)受損芯片。因此，生物計(jì)算機(jī)可靠性高，不易損壞，即使芯片出現(xiàn)故障，也能自動(dòng)修復(fù)。因此，生物計(jì)算機(jī)芯片具有一定的持久性。

3.生物計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和并行處理

與傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)相比，生物計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)方面有很大的優(yōu)勢。一克DNA可以存儲(chǔ)一萬億張光盤那么多的信息，存儲(chǔ)密度是常用磁盤存儲(chǔ)的1000億到1萬億倍。生物計(jì)算機(jī)還具有超強(qiáng)的并行處理能力邏輯運(yùn)算可以通過狹窄區(qū)域內(nèi)的生化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，數(shù)百億個(gè)DNA分子構(gòu)成大量DNA計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行運(yùn)算。特別是生物神經(jīng)計(jì)算機(jī)具有良好的并行分布式存儲(chǔ)和廣義容錯(cuò)性。它在處理Boltzmann自動(dòng)機(jī)模型和一些非數(shù)值問題方面顯示出巨大的潛力。真正擺.擺脫馮諾依曼模式，真正實(shí)現(xiàn)智能化。

生物計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸和通信過程簡單，并行處理能力可與超級(jí)電子計(jì)算機(jī)相媲美DNA分子堿基的不同排列順序作為計(jì)算機(jī)的原始數(shù)據(jù)，相應(yīng)的酶通過生化變化對(duì)DNA堿基進(jìn)行基本操作，可以實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)的各種功能。

生物計(jì)算機(jī)包含大量遺傳物質(zhì)工具，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)百萬次計(jì)算。傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)以目前的速度逐個(gè)測試所有可能的解，生物計(jì)算機(jī)同時(shí)處理每個(gè)分子庫中的所有分子，而不是依次分析可能的答案。電子計(jì)算機(jī)相當(dāng)于有一串鑰匙，每次用一把鑰匙開鎖，而生物計(jì)算機(jī)一次用幾百萬把鑰匙，計(jì)算速度會(huì)比現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)快100萬倍。生物計(jì)算機(jī)的運(yùn)算時(shí)間可高達(dá)每秒或更高進(jìn)一步發(fā)展并與其他高新技術(shù)相結(jié)合將有廣闊的前景。

4.發(fā)熱與信號(hào)干擾

生物計(jì)算機(jī)組件是由有機(jī)分子組成的生化組件，通過化學(xué)反應(yīng)工作，所以；它只需要一點(diǎn)能量就能工作，所以它贏了不要像電子計(jì)算機(jī)一樣工作一段時(shí)間后，身體會(huì)發(fā)熱，生物計(jì)算機(jī)的電路之間沒有信號(hào)干擾。

5.數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率

DNA鏈的另一個(gè)重要性質(zhì)是雙螺旋結(jié)構(gòu)，a堿基和t堿基、c堿基和G堿基形成一個(gè)堿基對(duì)。每個(gè)DNA序列都有一個(gè)互補(bǔ)序列。這種互補(bǔ)性是生物計(jì)算機(jī)的獨(dú)特優(yōu)勢。如果DNA的雙螺旋序列出現(xiàn)錯(cuò)誤，修飾酶可以參考互補(bǔ)序列來修復(fù)錯(cuò)誤。雙螺旋結(jié)構(gòu)相當(dāng)于電腦硬盤的RAID1陣列，一個(gè)硬盤是另一個(gè)硬盤的鏡像當(dāng)?shù)谝粋€(gè)硬盤損壞時(shí)，可以通過第二個(gè)硬盤修復(fù)數(shù)據(jù)。生物計(jì)算機(jī)本身具有修改錯(cuò)誤的特性，所以生物計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率低。

缺點(diǎn)

作為有待完善的新一代計(jì)算機(jī)，生物計(jì)算機(jī)優(yōu)勢明顯。但它也有自己不可克服的缺點(diǎn)。其中最重要的是從中提取信息的難度。一臺(tái)生物計(jì)算機(jī)在24小時(shí)內(nèi)完成了人類所有的計(jì)算，卻要花一周的時(shí)間才能從中提取出一條信息。這也是生物計(jì)算機(jī)目前不流行的主要原因。

生物計(jì)算系統(tǒng)的研究包括兩個(gè)方面設(shè)備和系統(tǒng)。

利用有機(jī)(或生物)材料在分子尺度上形成有序系統(tǒng)，通過分子水平上的物理和化學(xué)過程提供信息檢測、處理、傳輸和存儲(chǔ)的基本單位稱為分子器件。1974年，Ａ.Ｌ.阿維拉姆和M.Ａ.拉特納首先提出了分子整流器模型。1978年，Ｆ.卡特明確提出了分子器件的概念。雖然生物處理器芯片的研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但在生物元件特別是生物傳感器的開發(fā)中，已經(jīng)取得了許多實(shí)用的成果和應(yīng)用。目前對(duì)生物處理器芯片的研究表明，其尺寸有望超過VLSI工藝的極限，并且具有很高的適應(yīng)性、豐富的時(shí)變特性，有利于大規(guī)模互聯(lián)。2013年，由Drew   Endy領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福大學(xué)生物工程小組宣布，他們已經(jīng)制造出了一種生物等效的晶體管。本發(fā)明是構(gòu)建全功能計(jì)算機(jī)的三個(gè)基本要素(數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息傳輸、基本邏輯系統(tǒng))中的最后一個(gè)。

生物計(jì)算系統(tǒng)不僅對(duì)設(shè)備有新的要求，而且其結(jié)構(gòu)和計(jì)算原理也不同于傳統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)一般是平行分布的。信息的儲(chǔ)存往往是短期記憶(快過程)和長時(shí)記憶(慢過程)的結(jié)合，是通過學(xué)習(xí)來完成的。它的計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，沒有精確的時(shí)間同步，只能在分形時(shí)間尺度上描述。1994年，美國南加州大學(xué)提出了研制DNA計(jì)算機(jī)的設(shè)想，并通過DNA計(jì)算解決了7點(diǎn)哈密爾頓路徑問題，顯示了DNA計(jì)算的巨大潛力。以色列魏茨曼科學(xué)中心2002年實(shí)現(xiàn)了由酶和DNA組成的可編程分子計(jì)算機(jī)，2004年實(shí)現(xiàn)了具有輸入輸出部件的DNA計(jì)算機(jī)。

生物計(jì)算機(jī)是人類期望在21世紀(jì)完成的偉大工程。是計(jì)算機(jī)世界最年輕的分支。目前研究方向大致有兩個(gè)：一方面是發(fā)展分子計(jì)算機(jī)，即制造有機(jī)分子元件來代替現(xiàn)在的半導(dǎo)體邏輯元件和存儲(chǔ)元件；另一方面是深入研究人腦的結(jié)構(gòu)、思維規(guī)律，進(jìn)而構(gòu)思生物計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)。

據(jù)美國國家地理雜志報(bào)道，新開發(fā)的新型生物計(jì)算機(jī)允許科學(xué)家進(jìn)行分子研究“編程”并由活細(xì)胞執(zhí)行“命令”

加州理工學(xué)院（加州 研究所 技術(shù)）的克里斯蒂娜·斯默爾克（克里斯蒂娜 斯莫爾克）是這項(xiàng)研究的合作者之一，他指出，像這樣的生物計(jì)算機(jī)有一天將使人類能夠直接控制生物計(jì)算系統(tǒng)。這項(xiàng)研究將發(fā)表在2008年10月17日的《科學(xué)》雜志上。

生物計(jì)算機(jī)最終將擁有從細(xì)胞中產(chǎn)生生物燃料的智能，例如：能在特殊情況下實(shí)現(xiàn)有效控制“智能藥物”斯默爾克說，“如果檢測到疾病，智能藥物可以從細(xì)胞環(huán)境中取樣，形成自我防御序列結(jié)構(gòu)。

這種新的生物計(jì)算機(jī)包括在酵母細(xì)胞中組裝的工程RNA片段RNA是一種類似于DNA的生物分子，可以編碼遺傳信息，如：如何制作一個(gè)多樣化的蛋白質(zhì)。從計(jì)算工程的角度來看，生物計(jì)算機(jī)“輸入”It 漂浮在細(xì)胞中的s分子；輸出”It 這是蛋白質(zhì)產(chǎn)品的變化。例如，RNA計(jì)算機(jī)很可能與兩種不同的分子綁定在一起如果將兩種不同的分子連接在一起，生物計(jì)算機(jī)的外觀將會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)DNA被改變形狀的生物計(jì)算機(jī)束縛時(shí)，它將直接影響基因表達(dá)并減緩蛋白質(zhì)中的制造。

這些蛋白質(zhì)會(huì)以不同方式影響細(xì)胞，例如：如果這些細(xì)胞是癌細(xì)胞，蛋白質(zhì)會(huì)殺死它們。研究小組設(shè)計(jì)的RNA計(jì)算機(jī)的不同部分可以由模塊組成，因此這些組件可以混合和組裝。

斯默爾克說，“根據(jù)我們不同的組合，會(huì)達(dá)到不同的效果。自然界往往會(huì)形成復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，但這些復(fù)雜的分子卻能實(shí)現(xiàn)非凡的獨(dú)立功能。很難建立一些可互換的組件來執(zhí)行多樣化的計(jì)算功能，但這種生物計(jì)算機(jī)效率高，將在今后的研究中逐漸成熟。

許多科學(xué)家認(rèn)為，生物計(jì)算機(jī)不太可能超越或匹敵今天 電子計(jì)算機(jī)。美國普林斯頓大學(xué)電子工程師分子生物學(xué)家羅恩·韋斯（Ron Weiss）說，“他們可以 不能像我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔X一樣運(yùn)行微軟的Windows或Wii游戲。與其他人不同，生物計(jì)算機(jī)可以潛在地修復(fù)或直接影響細(xì)胞過程。

維斯說它基本上使用了一種“細(xì)胞語言”這項(xiàng)最新研究將拓展生物計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。以前的RNA計(jì)算機(jī)并不是很復(fù)雜。

以色列魏茨曼學(xué)院（魏茨曼科學(xué)研究所）埃胡德，計(jì)算機(jī)科學(xué)家和生物計(jì)算機(jī)科學(xué)家·沙皮羅（埃胡德 夏皮羅）他沒有參加Merke 的研究在此之前，他的研究小組成功地利用DNA建造了一臺(tái)生物計(jì)算機(jī)，它可以在試管中工作，并執(zhí)行一些簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算。

然而，夏皮羅 s的生物計(jì)算機(jī)不同于最新的RNA計(jì)算機(jī)，他的試管分子計(jì)算機(jī)很容易受到外界環(huán)境的影響和干擾。沙皮羅說，“默克公司最新研究表明，新的生物計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞中分子的操作。他希望未來RNA計(jì)算機(jī)可以取代蛋白質(zhì)制造的復(fù)雜裝置蛋白質(zhì)是目前我們所知道的自然界中最有效的裝置我們知道如何讓RNA分子執(zhí)行簡單的任務(wù)，但我們不知道如何讓RNA分子執(zhí)行簡單的任務(wù)我不知道它們?nèi)绾悟?qū)動(dòng)蛋白質(zhì)。這將是未來重要研究的一個(gè)目標(biāo)。

北京時(shí)間2021年3月25日消息，目前，西班牙龐貝·法布拉大學(xué)的一個(gè)研究小組設(shè)計(jì)了“生物計(jì)算機(jī)”可以在紙上打印細(xì)胞。這份最新研究報(bào)告發(fā)表在最近出版的《自然通訊雜志》上。