比2纳米半导体更小：基于DNA的“分子计算机”实现

by Jeong Ilwoong

Published 22 Apr.2026 08:24(KST)

韩国国内研究团队成功实现了一种可应用于生物与医疗领域的“超微型分子计算机”。迄今为止，分子层面的DNA电路仅被用于判断与癌症相关物质是否存在等简单功能，而且一旦发生反应便无法再利用，存在这一局限。与此不同的是，研究团队利用比头发丝小数万倍的DNA，实现了能够同时执行计算和记忆（重复）的超微型分子计算机，提出了其发展为新型计算技术的可能性。

（自左起）KAIST Choi Youngjae 教授、GIST Kim Woojin 硕博连读课程、KAIST Kim Taehun 研究员、Jeong Sangeun 研究员、Kim Sion 研究员、GIST Shim Junho 硕士课程。KAIST

KAIST表示，工学生物学大学院 Choi Youngjae 教授研究团队开发出基于DNA的生物晶体管（Bio-transistor），构建出一种能够同时执行计算与信息存储的新型分子电路，并于22日对外公布。

生物晶体管是“接收信号并执行计算的半导体核心器件的生物版本”。近期半导体工艺已达到2纳米（㎚，10亿分之1米）水平，这意味着超微细化技术已接近物理极限。

出于同样原因，学界正积极推进有关超越传统硅基技术、在分子层面处理信息的新型计算方式研究。

在这一过程中，DNA因为只与特定碱基成对结合的特性（互补碱基配对），可以被精确设计为只发生所需反应；同时，碱基间距仅为0.34㎚，因此被视为下一代超高密度信息处理材料而备受关注。

然而，既有DNA基础电路由于一旦发生反应便被消耗、具有“一次性”特性，在执行连续信息处理或复杂计算方面一直存在困难。

为克服这一局限，研究团队根据输入信号设计出这样的结构：DNA分子彼此结合或分离，从而改变排列，并使该状态得以维持。通过这种方式，发生变化的分子状态本身便承担起信息存储的角色，并可被用于后续运算。

这意味着实现了无需额外初始化过程、即可处理实时信息的“无复位（在无初始化的情况下保持前一状态）”电路。

基于DNA的超微型、超低功耗运算生物存储电路实现示意图。KAIST供图

此次研究的意义在于，将半导体核心器件——晶体管（控制和放大电信号的器件）的功能在DNA层面上得以实现。更重要的是，研究成果被认为超越了单纯的化学反应，为分子自行进行信息处理与记忆的“智能生物系统”奠定了基础。

Choi 教授表示：“本研究将利用DNA实现‘分子计算机’的可能性提升到了新的阶段”，“有望为整个生物计算与医疗技术领域指明新的发展方向”。

此次研究由KAIST工学生物学大学院 Lim Seongsun 教授、Kim Taehun 研究员、Jeong Sangeun 研究员、Kim Sion 研究员，以及光州科学技术院（GIST）Kim Woojin 硕博连读生、Shim Junho 硕士研究生共同担任作者，Choi Youngjae 教授担任通讯作者。