撰文：朱爽爽
【里程碑！蛋白质电路实现精准控制，为纳米计算机奠定基础】近年来 ， 随着移动互联网的快速发展 ， 智能手机早已进入千家万户 ， 成为我们工作和生活的重要组成部分 。 而在整个智能手机的构成中 ， CPU 无疑是最为核心的部分 ， 作为“最强大脑”控制着手机的各个功能 ， 各大知名手机生产商也经常会将 CPU 的强大作为产品宣传的核心 。
目前市面主流的芯片已经达到了 7 nm 工艺 ， 而受制于物理的限制 ， 科学家推测芯片制造的极限是 3 nm 。 也就是说 ， 传统芯片的性能未来将很快到达极限 ， 人类必须找到新的方案来代替传统芯片 。
近日 ， 来自宾夕法尼亚大学医学院生物化学与分子生物学教授 Nikolay V. Dokholyan 带领的研究团队 ， 通过在活细胞内对蛋白质进行改造 ， 成功构建出了蛋白质逻辑门 。 这种蛋白质逻辑门不仅能够实现纳米计算 ， 也能精确控制细胞的运动 ， 为构建复杂的纳米计算奠定了基础 。
对此 ， Dokholyan 教授表示 ， “我们的研究是一个重要的里程碑 ， 证明了在蛋白质中嵌入条件操作并控制其功能的能力 ， 不仅为分子纳米计算铺平了道路 ， 也能够使我们更深入地了解人类生物学和疾病 ， 并为精准疗法的发展做出贡献 。 ”

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相关研究以“Two-input protein logic gate for computation in living cells”为题 ， 发表在最新一期的 Nature Communication 杂志上 。
电子计算的基础 ， 逻辑门
逻辑门 ， 也就是人们常说的 0 和 1 ， 是构建计算机的基础 。 现代电子计算机主要使用电气元件来实现逻辑门的操作 ， 电气元件的类型决定了计算机的性能, 从电子管到晶体管, 从分立元件到集成电路以致微处理器 ， 每一次改变都促使计算机发生飞跃性的发展 。
现代硅基计算机采用二进制系统（1 代表肯定 ， 0 代表否定） ， 广泛使用布尔逻辑体系来实现逻辑运算 。 实现这些运算的基本法则称之为逻辑门 。 例如 ， 最简单的逻辑门是单个输入对应单个输出 。 非门（NOT）将所有接收到的信号值反转 ， 而是门（YES）则不改变原来的信号值 。 PASS1 将所有输入信号以 1 输出 ， 而 PASS0 将所有输入信号以 0 输出 。
此外 ， 二信号输入逻辑门允许有更多运算 ， 如 AND 门只有当两输入信号均为 1 时才输出 1 。 这些简单的逻辑门（单输入 ， 多输入）可以集成连接起来 ， 构建出更为复杂的逻辑运算 ， 如半加器、半减器等（例如半加法器是由一个异或门和与门并联形成 ， 其中与门的输出构成半加法器的“进”位 ， 异或门的输出构成半加法器的“和”位 ， 这两种基本的逻辑门共享相同的输入） 。

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（来源：Pixabay）
电子计算机处理系统将电子信号转换成二进制信号 ， 并对每个信号建立起阈值和逻辑转换 。 0 用于代表信号大小低于阈电位 ， 而 1 代表信号高于阈电位 。 通过设计特定电路可以对输入信号（电压）进行操作 ， 从而实现逻辑转换 ， 这种特定电路的即为逻辑门电路 。 例如 ， 如果一个电路对输入的电流信号不产生任何影响 ， 仅实现一个传递的作用 。 输入信号高于阈电位 （1） ， 输出信号也会高于阈电位（1）；同样输入信号低于阈电位的（0） ， 输出信号也会低于阈电位（0） ， 这样就是一个肯定逻辑转换 。

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