8、分子信息处理与分布式服务组合的创新探索

分子信息处理与分布式服务组合的创新探索

1. 分子计算面临的挑战与蜘蛛系统的潜力

在分子计算领域，理想分子行为与实际分子表现之间的差异不可避免。随着规模扩大和对复杂行为的追求，控制设备故障（如元素间的交叉相互作用）变得愈发困难。以 MAYA - II 为例，其面临的挑战比 MAYA - I 更为严峻，出现了许多不可预测的故障，需要逐个解决新问题、更换门和输入或优化浓度，才能成功展示所有合法操作。

这也暗示了一种可能性，即采用融合生物学概念（如分区化）的混合方法，而非单纯在溶液中混合更多分子，或许能构建更成功的信息处理架构。不过，在缺乏重大突破性想法的情况下，要实现硅基计算机难以企及的成果，任务依然艰巨。仿生方法的实际应用可能局限于对计算能力要求不高且需要生物相容性的场景，如自主治疗设备。

1.1 蜘蛛系统的原理

我们以单组成型活性脱氧核酶（可形象地称为“腿”）为例展开研究。这种酶能识别其他部分互补的寡核苷酸，我们主要关注它与沉积在表面的底物和产物的相互作用。当“腿”与表面产物结合时，会以一定速率解离；与底物结合时，解离速度较慢，通常在切割底物后才解离。这一信息处理反应可描述为一种特殊的随机游走——有记忆的随机游走，通过“腿”的行为变化（停留时间）识别已访问过的位点。但该过程难以空间控制，因为“腿”可能会脱离表面并随机结合到其他地方。

1.2 多“腿”蜘蛛系统的优势

当将多个“腿”组合在一个惰性主体上形成“蜘蛛”时，会产生有趣的现象。原本认为这种多价物种会被困在已处理产物区域，缓慢向新底物移动，但实际上，由于界面效应，“蜘蛛”会快速向新底物移动或沿着底物路径移动。实验观察到，四“腿”蜘蛛在底物展示矩阵上对产物的释放