डीएनए-आधारित रोम, न्यूक्लिक एसिड मेमोरी और ऑक्सीराम के लिए सब्सट्रेट

डीएनए आधारित रोम

नेशनल साइंस फाउंडेशन (NSF) और सेमीकंडक्टर रिसर्च कार्पोरेशन (SRC) मेमोरी और अन्य तकनीकों के एक नए वर्ग के विकास में $ 12 मिलियन का निवेश कर रहा है - विशेष रूप से, डीएनए पर आधारित स्थायी मेमोरी, न्यूक्लिक एसिड (NAM) पर स्मृति और खमीर कोशिकाओं पर आधारित तंत्रिका नेटवर्क।

सूचना प्रसंस्करण और भंडारण प्रौद्योगिकी के लिए सेमीकंडक्टर सिंथेटिक बायोलॉजी को अर्धसैनबियो कहा गया। सेमीसिंयो एनएसएफ और एसआरसी की संयुक्त परियोजना है।

मौजूदा मेमोरी विश्वसनीय और सस्ती है, लेकिन इसकी कुछ सीमाएं हैं। उद्योग अगली पीढ़ी की मेमोरी प्रकारों की एक लहर पर काम कर रहा है - मैग्नेटोरेसिस्टिव रैंडम एक्सेस मेमोरी (MRAM), फेज-स्टेट मेमोरी और रैंडम एक्सेस रेसिस्टिव मेमोरी (ReRAM)। यह असीमित स्थायित्व के साथ एक गैर-वाष्पशील मेमोरी है।

शोधकर्ता जैविक प्रकार की स्मृति के वर्गीकरण पर भी काम कर रहे हैं। अर्धचालक प्रौद्योगिकी के साथ संयुक्त जैविक संरचनाएं वर्तमान प्रौद्योगिकियों की तुलना में 1000 गुना अधिक डेटा संग्रहीत करने में सक्षम हैं, और कम ऊर्जा की खपत करते हुए इस डेटा को सौ साल या उससे अधिक समय तक बनाए रखने में सक्षम हैं।

उदाहरण के लिए, उद्योग डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) का उपयोग करके संग्रह भंडारण प्रौद्योगिकियों पर काम कर रहा है। अगली पीढ़ी के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सूचना संग्रहीत करने के लिए डीएनए एक आशाजनक मंच है। डीएनए समय के साथ नीचा नहीं होता है और बहुत कॉम्पैक्ट होता है। इसका उपयोग बहुत कम समय में बहुत बड़ी मात्रा में डेटा संग्रहीत करने के लिए किया जा सकता है।


शोधकर्ता डीएनए का उपयोग करते हैं, जीवविज्ञान में मुख्य अणु एन्कोडिंग आनुवंशिक जानकारी, एक प्रोग्रामेबल बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में - लेगो आणविक ब्लॉक - विशेष गुणों के साथ जटिल सामग्री बनाने के लिए

अधिक से अधिक कंपनियां डीएनए में सूचनाओं के भंडारण पर काम कर रही हैं। उदाहरण के लिए, पिछले साल ट्विस्ट बायोसाइंस, माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय ने डीएनए मेमोरी में मोंट्रेक्स जैज़ फेस्टिवल में दो संगीत प्रदर्शनों की ऑडियो रिकॉर्डिंग को सहेजने में कामयाबी हासिल की।

कंप्यूटर में, जानकारी की व्यक्तिगत इकाइयाँ शून्य और लोगों, एक बाइनरी कोड के रूप में संग्रहीत की जाती हैं। डीएनए अणु अलग-अलग इकाइयों के अनुक्रम के माध्यम से जानकारी सांकेतिक शब्दों में बदलना। डीएनए अणुओं में, ये इकाइयाँ चार अलग-अलग नाभिक आधार हैं: एडेनिन (ए), साइटोसिन (सी), गुआनिन (जी) और थाइमिन (टी)।

अभिलेखीय भंडारण के लिए डीएनए की प्रतियों में संगीत को सांकेतिक शब्दों में बदलना, ट्विस्ट बायोसाइंस, माइक्रोसॉफ्ट और वाशिंगटन विश्वविद्यालय ने एक चार-चरण प्रक्रिया विकसित की: डीएनए एन्कोडिंग, संरक्षण संश्लेषण, निष्कर्षण और डिकोडिंग।

लेकिन डीएनए भंडारण के कार्यान्वयन में कई तकनीकी और बुनियादी बाधाएं हैं।

इन समस्याओं को दूर करने के लिए उद्योग द्वारा सेमीसिनेबियो कार्यक्रम का आविष्कार किया गया था। इस पहल की एक परियोजना में, डेविस में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, वाशिंगटन विश्वविद्यालय, और एमोरी विश्वविद्यालय डीएनए-आधारित रोम विकसित कर रहे हैं। लक्ष्य एक उपकरण बनाना है जिसे वांछित के रूप में क्रमादेशित किया जा सकता है, इलेक्ट्रॉनिक रूप से पढ़ा जा सकता है, और पारंपरिक अर्धचालकों के साथ जोड़ा जा सकता है, लंबी अवधि के भंडारण और डेटा की पुनर्प्राप्ति प्रदान करता है। इसके लिए, शोधकर्ताओं ने कई तकनीकों का विकास किया है:

• डीएनए नैनोवायर। वे आणविक और आयनिक योजक और अकार्बनिक संरचनाओं के प्रतिरूपित विकास के साथ नीचे की स्व-विधानसभा प्रक्रिया का उपयोग करके उगाए जाएंगे।
• बहुस्तरीय डीएनए-आधारित मेमोरी कोशिकाओं के विकास के लिए नियम।
• डीएनए पर आधारित क्रॉस-लिंक्ड रोम का विकास।

डीएनए रोम के अलावा, सेमीसिनबियो अन्य परियोजनाओं को भी वित्तपोषित करता है - एक नैनोमीटर-स्केल चिप पर डेटा स्टोरेज सिस्टम, जो कि कैमोरिक डीएनए का उपयोग करता है, डीएनए में डेटा स्टोरेज, नैनोपॉर्स के आधार पर रीडिंग, न्यूक्लिक एसिड पर मेमोरी, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं और YeastOns पर आधारित बायोइलेक्ट्रॉनिक का उपयोग करता है। यीस्टऑन खमीर कोशिकाओं के बीच संचार पर आधारित तंत्रिका नेटवर्क हैं।

कार्यक्रम के हिस्से के रूप में, बोइस में इडाहो विश्वविद्यालय न्यूक्लिक एसिड मेमोरी (एनएएम) विकसित कर रहा है। उनके पास पहले से ही दो मीडिया प्रोटोटाइप हैं - डिजिटल NAM (dNAM) और सीरियल NAM (seNNAM)।

“डीएनएएम में, एनएएम स्टोरेज नोड्स नामक पता योग्य डीएनए ओरिगेमी नैनोस्ट्रक्चर के शीर्ष पर डीएनए अनुक्रमों के एक विशिष्ट स्थानिक अभिविन्यास के माध्यम से जानकारी एनकोडेड है। ओरिगामी डीएनए एनएएम नोडल संरचनाओं के तेजी से और कुशल प्रोटोटाइप के लिए एक सुविधाजनक तरीका और एक सिद्ध दृष्टिकोण प्रदान करता है, ”एनएसएफ ने कहा। "SeNNAM में, जानकारी को अलग-अलग आणविक श्रृंखलाओं में समाहित डेटा खंडों के टुकड़ों में एन्कोड किया गया है।"

NSF के सहायक निदेशक, इंजीनियरिंग के सहायक डॉन टिलबरी ने कहा: “आज हमारे पास जो क्षमताएं हैं, वे कुछ दशकों पहले की तुलना में नाटकीय रूप से उन्नत हुई हैं, लेकिन सिलिकॉन जैसी सामग्रियों में भौतिक सीमाएँ होती हैं जो बहुत छोटे पैमानों पर गणना को रोक देती हैं। जीवविज्ञान-आधारित सामग्री और योजनाएं बहुत ही दिलचस्प अवसरों पर संकेत देती हैं जो इन बाधाओं को दूर कर सकती हैं, इसके अलावा, कम ऊर्जा लागत के साथ। ”

एरविन जियानचंदानी, एनएसएफ इंटरमीडिएट डिप्टी डायरेक्टर फॉर कंप्यूटर साइंस, इंफॉर्मेशन एंड इंजीनियरिंग, ने कहा: “यह अध्ययन बहुत अधिक भंडारण क्षमताओं और बहुत कम ऊर्जा आवश्यकताओं वाले उपकरणों के लिए मार्ग प्रशस्त करेगा। उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि हम कांग्रेस के पुस्तकालय की सभी सामग्रियों को एक डिवाइस पर आपके नख के आकार को रिकॉर्ड कर सकते हैं। ”

ऑक्स्राम सबस्ट्रेट्स

सीईए टेक के इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला (एलईटीआई) और सीएमपी सेवा केंद्र, जो एकीकृत सर्किट और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सर्किट के छोटे बैचों का प्रोटोटाइप और निर्माण करता है, ने 200 मिमी ऑक्स्राम उपकरणों के निर्माण के लिए बहुउद्देश्यीय सबस्ट्रेट्स (मल्टी-प्रोजेक्ट-वेफर, एमपीडब्ल्यू) के उत्पादन के लिए पहली औद्योगिक प्रक्रिया शुरू की। मंच।

ऑक्सीराम एक नई गैर-वाष्पशील मेमोरी, प्रतिरोधक मेमोरी (रेराम) का सबसेट है। सामान्य तौर पर, रेराम के दो मुख्य प्रकार हैं - ऑक्सीजन की कमी और सीबीआरएएम के साथ रेराम। ऑक्सीजन की कमी वाले रेराम को ऑक्साइड-आधारित रेराम, या ऑक्स्राम के रूप में जाना जाता है। ऑक्सीमैम का उपयोग सुरक्षा के क्षेत्र से माइक्रोकंट्रोलर्स या उत्पादों पर आंतरिक मेमोरी के रूप में किया जा सकता है, साथ ही साथ एआई और न्यूरोमॉर्फिक गणना के काम में तेजी लाने के लिए।


ऑक्स्रम संरचना

बहुउद्देश्यीय सब्सट्रेट्स का उत्पादन 200 मिमी LETI CMOS लाइन में जाता है। सेवा OxRAM के विकास को सक्षम करती है। इसमें ऑक्स्राम तकनीक का उपयोग करके "मेमोरी एडवांस्ड डेमोंस्ट्रेटर" (एमएडी) नामक मास्क का एक सेट शामिल है। नया तकनीकी मंच टाइटेनियम के अतिरिक्त के साथ हेफ़नियम ऑक्साइड की सक्रिय परतों पर आधारित होगा। यह तकनीक व्यावहारिक डिजाइन उदाहरणों के साथ पूरी होती है, जिसमें लेआउट, गुणवत्ता नियंत्रण और सिमुलेशन शामिल हैं। बड़ी संख्या में सक्रिय और निष्क्रिय इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल घटकों के साथ पुस्तकालय प्रदान किए जाते हैं।

एलईटीआई एडवांस्ड मेमोरी लेबोरेटरी के प्रमुख एटिने नोवाक ने कहा: "यह सुविधा, हमारे उन्नत मेमोरी प्रदर्शनकर्ता प्लेटफॉर्म के साथ, एक उपकरण के एक बड़े सेट पर आधारित है, जो हमें अपने सहयोगियों के साथ मिलकर विभिन्न अध्ययन करने की अनुमति देता है, और गैर-वाष्पशील मेमोरी के क्षेत्र में विभिन्न समाधानों की प्रभावशीलता को सत्यापित करने की क्षमता प्रदान करता है" ।

जीन-क्रिस्टोफ क्रेबियर, सीएमपी निदेशक, ने कहा: "यह कई विश्वविद्यालयों, स्टार्टअप्स और फ्रांस, यूरोप, उत्तरी अमेरिका और एशिया के छोटे व्यवसायों के लिए एक अवसर है कि वे नई तकनीक और सेवा का लाभ उठाएं।"

जैविक माइक्रोस्कोपी

IMEC को एक चिप पर फोटोनिक्स पर आधारित अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट माइक्रोस्कोपी और CMOS पर इमेज सेंसर के विकास के लिए € 1.5 मिलियन का अनुदान मिला। IMEC उच्च संकल्प संरचित प्रकाश (IROCSIM) के साथ चिप पर एकीकृत माइक्रोस्कोपी नामक एक तकनीक विकसित करेगा। इस तकनीक का उपयोग डीएनए, जीव विज्ञान और चिकित्सा के [अध्ययन] में किया जा सकता है।

IMEC के मुख्य फोटोनिक्स शोधकर्ता और परियोजना प्रबंधक, नील्स वेर्लेन ने कहा: "कॉम्पैक्ट और उच्च प्रदर्शन वाले उच्च-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी जैविक अनुसंधान के क्षेत्र में, डीएनए अनुक्रमण तकनीक तक पहुंच की सुविधा में, कुछ बीमारियों के निदान में, फार्माकोलॉजी में नई दवाओं के अध्ययन में, कुछ रोगों के निदान में बड़े बदलाव का कारण होगा।" और दूरस्थ स्थानों में रोगियों के लिए निदान करना। "