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Il DNA si è trasformato in porte logiche

28.03.2019

Un gruppo di scienziati guidati da ricercatori del California Institute of Technology è stato in grado di compiere un piccolo ma significativo passo nello sviluppo di computer chimici programmabili arbitrariamente. Come elementi di calcolo di base in tali sistemi, vengono utilizzati insiemi di DNA che, per loro natura, hanno la capacità di auto-organizzarsi e crescere. Tutto ciò che serve per far funzionare i sistemi informatici basati sul DNA è acqua calda salmastra, un algoritmo di crescita codificato nel DNA e set standard di base di sequenze di DNA.

Finora, i "calcoli" con il DNA sono stati eseguiti rigorosamente utilizzando una sequenza qualsiasi. Per calcoli arbitrari, i metodi esistenti non erano adatti. Gli scienziati del Caltech (Caltech) sono stati in grado di superare questa limitazione e hanno presentato una tecnologia in grado di eseguire algoritmi arbitrari utilizzando un insieme di base di elementi di DNA condizionalmente logici e un campione di 355 sequenze di DNA di base responsabili dell'algoritmo di "calcolo", analogo alle istruzioni del computer . Un "seme" logico e una serie di "istruzioni" vengono introdotti nella soluzione salina, dopodiché inizia il calcolo: l'assemblaggio della sequenza.

L'elemento di base o "seme" è una convoluzione del DNA (DNA origami) - un nanotubo lungo 150 nm e con un diametro di 20 nm. La struttura del "seme" rimane praticamente invariata indipendentemente dall'algoritmo che verrà calcolato. La periferia del "seme" è formata in modo tale che l'assemblaggio delle sequenze di DNA inizi alla sua fine. È noto che un filamento di DNA in crescita viene assemblato da sequenze che corrispondono alle sequenze proposte in termini di struttura molecolare e composizione chimica, e non in modo casuale. Poiché la periferia del "seme" è rappresentata sotto forma di sei valvole condizionali, dove ciascuna valvola ha due ingressi e due uscite, la crescita del DNA inizia a obbedire ad una determinata logica (algoritmo) che, come già accennato in precedenza, è rappresentata da un dato insieme di sequenze di DNA poste in una soluzione di 355 opzioni di base.

Gli scienziati nel corso degli esperimenti hanno mostrato la possibilità di eseguire 21 algoritmi, incluso il conteggio da 0 a 63, la scelta di un leader, la determinazione della divisione per tre e altri, sebbene tutto non sia limitato a questi algoritmi. Il processo di calcolo procede passo dopo passo man mano che i filamenti di DNA crescono su tutti e sei gli sbocchi del "seme". Questo processo può richiedere da uno a due giorni. La produzione del "seme" richiede da una a due ore.

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Contenuto alcolico della birra calda 07.05.2024

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Principale fattore di rischio per la dipendenza dal gioco d'azzardo 07.05.2024

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Notizie casuali dall'Archivio

Nanofluido per la produzione di petrolio 21.09.2020

I ricercatori dell'Università di Houston hanno dimostrato che i nanofluidi a basso costo e non tossici possono essere utilizzati per estrarre in modo efficiente anche olio pesante e altamente viscoso dai giacimenti.

Il cosiddetto petrolio pesante - il risultato della struttura molecolare del petrolio - costituisce il 70% delle riserve mondiali di petrolio e sarà necessario per soddisfare la crescente domanda di energia fino a quando le fonti di energia pulita non saranno sviluppate e utilizzate ovunque. Le moderne tecnologie di estrazione del petrolio che utilizzano il vapore sono costose e dannose per l'ambiente.

Tuttavia, gli scienziati hanno sviluppato un nanofluido che aiuta a estrarre l'olio dal giacimento utilizzando i seguenti meccanismi.

La reazione chimica che si verifica quando le nanoparticelle di sodio entrano in contatto con l'acqua nel serbatoio genera calore, agendo allo stesso modo dell'iniezione di vapore e di altri metodi basati sul calore per spingere l'olio fuori dal serbatoio, senza la necessità di esterni - e gas serra - produzione - fonte di calore.

Il nanofluido reagisce anche per formare idrossido di sodio, una sostanza chimica comunemente usata nelle inondazioni alcaline nei giacimenti petroliferi. L'idrossido di sodio può causare movimento nell'olio e causare una reazione di riduzione della viscosità.

La terza reazione produce idrogeno gassoso che può essere utilizzato per l'allagamento dell'acqua, un altro metodo comune di recupero del petrolio.

I nanomateriali di sodio vengono dispersi dopo la reazione, non danneggiando così l'ambiente. Le concentrazioni ottimali varieranno a seconda delle condizioni di sviluppo individuali.

Il sodio è altamente reattivo con l'acqua. Ciò suggerisce che potrebbe essere utile per un migliore recupero dell'olio. Tuttavia, questo complica anche la sua preparazione: esporlo all'acqua troppo presto comporterà un fallimento. I ricercatori hanno risolto questo problema preparando nanoparticelle di sodio in olio di silicone, consentendo alla sostanza di disperdersi in tutto il serbatoio prima che entri in contatto con l'acqua nel serbatoio, provocando meno reazioni chimiche su un'area più ampia. È anche possibile disperdere nanoparticelle di sodio in altri solventi, inclusi pentano e cherosene, o persino mescolarle con polimeri o tensioattivi per ottenere un maggiore recupero dell'olio.

Sebbene il documento si concentri sull'utilizzo del nanofluido per aumentare il recupero di petrolio pesante, gli scienziati osservano che potrebbe essere utilizzato anche nella produzione di petrolio leggero e per scopi domestici più generali come la pulizia di tubi intasati di grasso.

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