SemiSynBio-III: DNA Templated Chiral Metamaterials for Information Storage

SemiSynBio-III:用于信息存储的 DNA 模板手性超材料

基本信息

  • 批准号:
    2227650
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 150万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-11-01 至 2025-10-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The rise of big data has increased the demand for technological innovations in data storage while traditional electronics is reaching its physical limit. DNA, an emerging data storage material, is a viable alternative to silicon-based technology due to its high capacity and low operational energy. However, current DNA storage technologies lack the structural access and allocated organization of data encoded in DNA. The core operations require complex and slow writing and readout processes such as sequencing, which leads to practical barriers in speed, sustainability, and scalability. To address these challenges, this project aims to develop the first DNA-encoded metamaterial data storage system, which could give rise to a rewritable and high-speed integrated random-access system. This project holds tremendous potential to transform informational DNA materials into useful devices to enrich human capabilities from tiny memory with unprecedented speed to ultra-fast optical computers and biosensors, benefiting society and the economic sectors in the US.This interdisciplinary research project uniquely integrates powerful concepts developed in the fields of DNA nanotechnology and metamaterials to construct a novel platform for digitally coding DNA metamaterials. Information bits will be designed, encoded, and decoded by the helicity or handedness with DNA origami-enabled chiral meta-atom nanostructures. Biomolecular-based computation coupled with metamaterial modeling will inform all the design aspects of the system from molecular, meta-atom to system-level scales. Random access in such a system will be achieved dynamically via subwavelength optical modulation coupled with DNA templated patterning, providing high capacity, light speed readout capability that breaks the limits in transient electronics. The success of the project will significantly advance the fundamental understanding of biosciences, materials, information science and technology, paving the way for the next generation of bio-nano data storage and information technology.The project was jointly funded by the Division of Molecular and Cellular Biosciences (MCB) in the Directorate for Biological Sciences (BIO); Division of Computing and Communication Foundations (CCF) in the Directorate for Computer and Information Science and Engineering (CISE); Division of Electrical, Communications and Cyber Systems (ECCS) in the Directorate for Engineering (ENG) and the Division of Materials Research (DMR) in the Directorate for Mathematical and Physical Sciences (MPS).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.
大数据的兴起增加了对数据存储技术创新的需求,而传统电子产品正在达到其物理极限。DNA是一种新兴的数据存储材料,由于其高容量和低操作能量,它是硅基技术的可行替代品。然而,目前的DNA存储技术缺乏DNA中编码的数据的结构化访问和分配组织。核心操作需要复杂而缓慢的写入和读出过程,例如测序,这导致速度,可持续性和可扩展性方面的实际障碍。为了应对这些挑战,该项目旨在开发第一个DNA编码的超材料数据存储系统,这可能会产生一个可扩展和高速集成的随机访问系统。 这个跨学科的研究项目,将DNA纳米技术和超材料领域的强大概念独特地整合在一起,构建了一个DNA超材料数字编码的新平台。该研究项目的目的是将DNA信息材料转化为有用的设备,以丰富人类的能力,从前所未有的速度的微小存储器到超高速光学计算机和生物传感器,造福美国的社会和经济部门。利用DNA折纸使能的手性元原子纳米结构,信息比特将通过螺旋性或手性进行设计、编码和解码。基于生物分子的计算与超材料建模相结合,将为系统的所有设计方面提供信息,从分子,元原子到系统级尺度。在这样的系统中的随机访问将通过与DNA模板化图案化耦合的亚波长光学调制来动态地实现,从而提供打破瞬态电子学中的限制的高容量、光速读出能力。该项目的成功将大大推进对生物科学、材料、信息科学和技术的基本理解,为下一代生物纳米数据存储和信息技术铺平道路。计算机和信息科学与工程局(CISE)的计算和通信基础司(CCF);电气部,工程局(ENG)的通信和网络系统(ECCS)以及数学和物理科学局(MPS)的材料研究部(DMR)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(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Slot driven dielectric electromagnetically induced transparency metasurface
槽驱动介电电磁感应透明超表面
  • DOI:
    10.1364/oe.488704
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Ndukaife, Theodore A.;Yang, Sui
  • 通讯作者:
    Yang, Sui
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A high-resolution emission inventory of anthropogenic trace elements in Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) region of China
中国京津冀(BTH)地区人为微量元素高分辨率排放清单
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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    Long Zhang;Shihan Hong;Yi Wang;Hao Yan;Yiwei Xie;Tang;Ming Zhang;Zejie Yu;Yaocheng Shi;L. Liu;D. Dai
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2009-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Junping Dong;Jiaqiang Xu;Hao Yan;Chengli Jin
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Hao Yan;Shao-Qiang Wang;Jun-Bang Wang;An-Hong Guo;Zai-Chun Zhu;Ranga B. Myneni;Herman H. Shugart
  • 通讯作者:
    Herman H. Shugart

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