CIF: SMALL: Toward a Molecular Computer: Scaling up Programmable single-molecule Junctions Based on DNA self-assembly

CIF:小型:迈向分子计算机:基于 DNA 自组装扩展可编程单分子连接

基本信息

项目摘要

The field of molecular electronics aims to exploit single-molecules as the main building blocks for creating electronic circuitry. This would allow the unprecedented miniaturization of computers and many electronics with enhanced data transfer speed, storage efficacy, and signal processing. While some single molecule- and carbon nanotube-transistors have been created, no complex and functional electrical circuits have been fabricated. One fundamental challenge in the fabrication of single-molecule electronics is to create a metal electrode junction with nanometer gaps in a reliable, reproducible, and mass-producible manner. The goal of this project is to discover ways to fabricate such junctions using DNA-based origami nanostructures as templates. DNA based self-assembly has the potential to dramatically decrease the manufacturing cost of electronic devices compared with lithography techniques, while reducing the environmental footprint. This project will provide interdisciplinary research training for graduate and undergraduate students from computer science, biochemistry, material science, to nanofabrication, which is relevant for industrial and academic careers. Through "Outreach and Pre-college Programs" high school students from minority backgrounds will participate in laboratory research and take classes during the summer months to become acquainted with the fields of computer science, engineering and nanotechnology. This award will use self-assembled DNA nanostructures as templates to organize anisotropic nanoparticles into rationally-designed architectures with precisely controlled position and orientation at the nanometer scale. This work will provide a novel platform for fabricating scalable and cost-effective metallic electrodes which could be used to: a) integrate multiple single-molecule components in parallel, and b) study electron transferring of various molecules in a reliable and reproducible manner. The research and findings constitute an important step towards the fabrication of the new generation of integrated molecular circuits for miniaturization of computers.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
分子电子学领域的目标是利用单分子作为创建电子电路的主要构建块。这将使计算机和许多电子设备实现前所未有的小型化,提高数据传输速度,存储效率和信号处理。虽然已经制造出了一些单分子和碳纳米管晶体管,但还没有制造出复杂的功能性电路。制造单分子电子器件的一个基本挑战是以可靠、可重复和可批量生产的方式创建具有纳米间隙的金属电极结。该项目的目标是发现使用基于DNA的折纸纳米结构作为模板来制造这种连接的方法。与光刻技术相比,基于DNA的自组装具有显著降低电子器件制造成本的潜力,同时减少了环境足迹。该项目将为研究生和本科生提供跨学科的研究培训,从计算机科学,生物化学,材料科学到纳米纤维,这与工业和学术生涯有关。通过“外展和大学预科方案”,少数族裔背景的高中生将参加实验室研究,并在夏季上课,以熟悉计算机科学、工程和纳米技术领域。该奖项将使用自组装DNA纳米结构作为模板,将各向异性纳米颗粒组织成合理设计的结构,并在纳米尺度上精确控制位置和方向。这项工作将提供一个新的平台,用于制造可扩展和成本效益的金属电极,可用于:a)集成多个单分子组件并联,和B)研究电子转移的各种分子在一个可靠的和可重复的方式。这项研究和发现是制造新一代集成分子电路以实现计算机小型化的重要一步。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Facile and Label-Free Electrochemical Biosensors for MicroRNA Detection Based on DNA Origami Nanostructures
  • DOI:
    10.1021/acsomega.9b01166
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Han, Shuo;Liu, Wenyan;Wang, Risheng
  • 通讯作者:
    Wang, Risheng
Area-Selective Atomic Layer Deposition of Metal Oxides on DNA Nanostructures and Its Applications
  • DOI:
    10.1021/acsnano.0c04493
  • 发表时间:
    2020-10-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Hui, Liwei;Nixon, Rachel;Liu, Haitao
  • 通讯作者:
    Liu, Haitao
Label-Free and Ultrasensitive Electrochemical DNA Biosensor Based on Urchinlike Carbon Nanotube-Gold Nanoparticle Nanoclusters
  • DOI:
    10.1021/acs.analchem.9b03520
  • 发表时间:
    2020-04-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Han, Shuo;Liu, Wenyan;Wang, Risheng
  • 通讯作者:
    Wang, Risheng
Enhancement of Electricity Production of Microbial Fuel Cells by Using DNA Nanostructures as Electron Mediator Carriers
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.2c04399
  • 发表时间:
    2022-11-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Han, Shuo;Thapa, Krishna;Wang, Risheng
  • 通讯作者:
    Wang, Risheng
Bio-inspired Polydopamine Surface Modification of Nanodiamonds and Its Reduction of Silver Nanoparticles
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  • DOI:
    10.3791/58458
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zeng, Yun;Liu, Wenyan;Wang, Risheng
  • 通讯作者:
    Wang, Risheng
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