我们有没有停下来想过，如果我们所依赖的硅基计算机达到发展的顶峰会发生什么?许多在非常规计算领域工作的科学家试图通过使用许多不同的媒介来回答这个问题，其中一个例子是生物化学家。利用生物分子物种，如DNA/RNA，寡聚物，蛋白质，酶，甚至整个生物细胞，生物化学家能够设计具有特定信号控制特性的系统，可以模拟计算过程。尽管该领域的进展离重新制造计算机还很遥远，但创建计算机部件“工具箱”的能力仍然同样重要。

在已经被重新创造的计算机部件中，在流体基础设施中创造一种基于酶的半加法器和半减法器是相当重要的。半加法器的工作原理是将两个二进制数字相加，从而产生两个输出，一个和(年代)和进位(C）.这允许门执行加法，它由等于的和的值表示2c + s．以最简单的形式实现这个门可以通过一个Exclusive-的并行操作来实现或门(XOR)和和门(和)，以及输入一个和B指向两个大门。

该门的生化实现利用酶根据输入信号的逻辑来催化特定的反应。当应用不同的组合时，它们能够选择性地与固定在系统中的酶和流过系统的非输入化学物质发生反应，然后进行光学测量。随着时间和空间的分离，这是固有的模块化流体系统，并行操作XOR和和盖茨是可能的。

半减法器也以非常相似的方式实现，关键的区别来自于系统的不同逻辑操作。与二进制半加器不同的是，半减器的工作原理是将一个二进制位从另一个二进制位中减去，从而产生输出差值(D)及借用(薄）.这也创造了一种不同的认识。而不仅仅是XOR和和门，半减法器应用反转(不)功能和门的输入一个，让步XOR和一个不会影响并联工作的门。

同样，半减法的生化实现与半加法非常相似，除了它使用不同的酶来催化不同的反应。这允许化学输入和背景溶液以一种特定的方式反应，模仿半减法器的逻辑。当将这些特定的相互作用与流体基础设施允许的分离相结合时，逻辑驱动薄和D要单独测量的数字。

不管允许这两个系统运行的具体酶功能是什么，这个基于酶的系统的设计和实现说明了流体基础设施如何简化复杂计算系统的实现。通过这种简化，可以创建打孔卡方法，其中可以更改系统的设计以适应操作的计算需求。此外，这些生物分子系统具有整合到更大的基础设施中的能力。一种可能的整合是使用生物分子计算组件来触发各种驱动反应，例如物质释放过程。有了这些集成的可能性，这些生物计算机部件的重要性就不再被贬低为创造一个“工具箱”，而实际上可能具有使其独立操作同样重要的特性。

布莱恩·e·弗拉托和Evgeny卡茨
化学与生物分子科学系
克拉克森大学，波茨坦，美国纽约州

出版

一种基于酶的半加半减器模块化设计。
Fratto BE, Lewer JM, Katz E
chemphyscheme 2016年7月18日

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