FMSG: DNA-based Assembly of Manufacturable NanoElectronic Device

FMSG:基于 DNA 的可制造纳米电子器件组装

基本信息

  • 批准号:
    2036865
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-09-15 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The vision of this project is to produce a framework for the long-term expansion of manufacturable DNA-based electronics in society, leveraging advances in DNA nanotechnology, synthetic biology, and nanoscale electronics, in addition to developing a workforce appropriately trained to advance the field. The invention of DNA nanotechnology in the United States (US) nearly 40 years ago combined with the significant advances made in leading US universities over the last 15 years, has put DNA nanotechnology near a tipping point, similar to the state of semiconductor technology in the 1950’s and 60’s. To succeed in bringing DNA nanotechnology to a manufacturing threshold, several technological, fundamental, and human resource advances are required: (i) computer aided design (CAD) tools to model their folding and electronic properties in use-case environments, (ii) scalable methods for the placement of DNA nanostructures must be expanded; (iii) robust, stable, electrical contacts must be scaled to manufacturable levels; (iv) growth and assembly of DNA origami scaffolds must be optimized and scaled to production levels; and (v) groundwork for the development of a workforce that is trained with the interdisciplinary skills necessary to address challenges across a wide breadth of disciplines. This seed grant will focus on research topics related to defining the framework for these issues, developing processes for manufacturing these systems, developing a workforce for their implementation, and defining partnerships for moving forward. The development of a manufacturing framework for DNA-based electronic systems, and the knowledge gained from this transdisciplinary project will have a direct impact on a variety of fields. It will allow the development of new frontiers for DNA nanostructures in applications beyond electronics; enable new paradigms for the continued exponential growth of the semiconductor industry; open new applications and capabilities for US-based manufacturing; open new avenues for DNA nanostructures in biology, optics, and medicine; and help prepare a workforce inclusive of diverse backgrounds (community colleges, four-year colleges and research universities) to be able to work in this field. This project presents a convergent, interdisciplinary approach to developing a foundation for manufacturing DNA-based electronics. This seed grant will use DNA-based cross-wire memory elements as the target device, and focus on addressing key roadblocks to manufacturing these systems. These include: (i) the development of CAD tools for designing memory element origami-based architectures, and modeling the electronic properties of DNA-based structures; (ii) the design of DNA nanostructures and their connection to lithographically defined contacts for readout via a combination of chemical and electronic attachment paradigms; (iii) the development of scalable methods for assembling DNA nanostructures at defined locations within a circuit by controlling surface interactions and using dielectrophoretic placement controls; and (iv) the development of a framework that will allow a workforce to be trained with sufficient background in synthetic biology, DNA nanotechnology, nanoscale electronics, and manufacturing to help move this field from a leading-edge research platform to a foundational manufacturing platform.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.
该项目的愿景是为社会中可制造的基于DNA的电子产品的长期扩展提供一个框架,利用DNA纳米技术,合成生物学和纳米级电子产品的进步,以及开发经过适当培训的劳动力来推进该领域。近40年前,DNA纳米技术在美国(US)的发明,加上过去15年来美国领先大学取得的重大进展,使DNA纳米技术接近临界点,类似于20世纪50年代和60年代的半导体技术。为了成功地将DNA纳米技术带到制造门槛,需要几个技术、基础和人力资源方面的进步:(i)计算机辅助设计(CAD)工具,以在用例环境中对其折叠和电子特性进行建模,(ii)必须扩展用于放置DNA纳米结构的可扩展方法;(iii)必须将鲁棒、稳定的电接触扩展到可制造的水平;(iv)DNA“折纸”支架的生长和组装必须得到优化,并扩大到生产水平;(v)为培养一支受过跨学科技能培训的劳动力队伍奠定基础,以应对广泛学科的挑战。该种子基金将重点关注与确定这些问题的框架,开发制造这些系统的流程,为其实施开发劳动力以及确定合作伙伴关系有关的研究主题。基于DNA的电子系统的制造框架的开发以及从这个跨学科项目中获得的知识将对各个领域产生直接影响。它将使DNA纳米结构在电子学以外的应用中开辟新的前沿;为半导体工业的持续指数增长提供新的范例;为美国制造业开辟新的应用和能力;为DNA纳米结构在生物学、光学和医学中开辟新的途径;并帮助培养一支具有不同背景的劳动力队伍(社区学院、四年制学院和研究型大学),使其能够在这一领域工作。该项目提出了一种融合的跨学科方法,为制造基于DNA的电子产品奠定基础。该种子基金将使用基于DNA的交叉线存储元件作为目标设备,并专注于解决制造这些系统的关键障碍。其中包括:(i)开发用于设计基于折纸的存储元件架构的CAD工具,并对基于DNA的结构的电子特性进行建模;(ii)DNA纳米结构的设计及其与光刻定义的接触的连接,以便通过化学和电子的组合进行读出附着范例;(iii)通过控制表面相互作用和使用介电泳放置控制,开发用于在电路内的限定位置组装DNA纳米结构的可扩展方法;以及(iv)开发一个框架,该框架将允许劳动力在合成生物学、DNA纳米技术、纳米级电子学、和制造业,以帮助推动这一领域从领先的-该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Review of Dielectrophoretic Manipulation of Micro and Nanomaterials: Fundamentals, Recent Developments, and Challenges
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Anantram, M.P.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Liu,Bo;Demir,Busra;Hihath,Joshua
  • 通讯作者:
    Hihath,Joshua
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混合二维层中厚度相关的塞贝克系数
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  • 通讯作者:
    Joshua Hihath
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  • 作者:
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知道了