Technologie treibt schnelle, kostengünstige DNA-Sequenzierung auf portablen Geräten voran

Roswell Biotechnologies, führender Anbieter von Sensorchips für molekulare Elektronik, und imec, ein weltweit führendes Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien, gaben heute eine Partnerschaft zur Entwicklung der ersten kommerziell verfügbaren Biosensorchips für molekulare Elektronik bekannt. Diese Chips sind das Herzstück der leistungsstarken neuen Plattform von Roswell Technologies für die DNA-Sequenzierung zur Unterstützung von Präzisionsmedizin, molekularer Diagnostik, schneller Tests auf Infektionskrankheiten und der Speicherung von DNA-Daten.

"Der dringende Bedarf an einer neuen Generation von schnellen, kostengünstigen Überwachungs- und Diagnoseinstrumenten für Konsumenten ist in der aktuellen COVID-19-Pandemie extrem deutlich geworden", sagte Paul Mola, Präsident und CEO von Roswell. "In diesem Sektor wird die molekulare elektronische Plattform von Roswell die Art und Weise verändern, wie Infektionskrankheiten erkannt werden, mit leistungsstarken neuen Fähigkeiten, die ein schnelles Screening von vielen Infektionskrankheiten auf einmal oder von verschiedenen Virusstämmen mit tragbaren oder Handheld-Geräten ermöglichen.

Die Roswell-Plattform ist die erste, die die Leistungsfähigkeit der molekularen elektronischen Abtastung bietet, um ein breites Spektrum von DNA-Sequenzierungs- und Biosensor-Anwendungen zu unterstützen. Dazu gehört das gesamte Spektrum von Tests, die für die Erkennung und Eindämmung von Infektionskrankheiten wie COVID-19 erforderlich sind, einschließlich Sequenzierung, Nukleinsäure-, Antigen- und Antikörpererkennung. Die Plattform wurde zudem so skalierbar konzipiert, dass sie die Möglichkeit zur schnellen und kostengünstigen Sequenzierung des gesamten Genoms in der Präzisionsmedizin, zur Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten sowie zum Lesen riesiger Mengen digitaler Daten, die in der DNA gespeichert sind, bietet, was als die Zukunft der Datenarchivierung im globalen Maßstab angesehen wird.

Molekulare elektronische Sensorchips integrieren einzelne Moleküle als elektrische Sensorbestandteile auf Standard-Halbleiterchips, wodurch elektronische Biosensorvorrichtungen massiv skalierbar werden. Während elektronische Biosensoren allmählich in die DNA-Sequenzierung und andere Testbereiche Einzug gehalten haben, gab es keine größeren Innovationen in der grundlegenden Sensortechnologie. Die molekularen elektronischen Roswell-Sensoren stellen eine völlig neue Klasse von Sensoren dar, die speziell für eine maximale Kompatibilität mit der modernen CMOS-Chip-Technologie entwickelt wurden und einen technologischen Durchbruch darstellen, der die Leistung erheblich steigert und die Kosten senkt. Dieser Fortschritt ermöglicht kostengünstige biomedizinische Hochgeschwindigkeitstests, einschließlich der DNA-Sequenzierung und anderer Formen von Biomarkern, die für die moderne medizinische Diagnostik unerlässlich sind, auf einfachen tragbaren bzw. Handheld-Geräten.

"Obwohl die molekulare Elektronik seit langem als wissenschaftlicher Durchbruch gefeiert wird, erforderte ihre kommerzielle Nutzbarkeit, dass die Technologie auf einen Standard-Halbleiterchip aufgebracht wird", sagte Dr. Barry Merriman, Chief Science Officer von Roswell. "Eine der wesentlichen Hürden für die Kommerzialisierung der molekularen Elektronik ist der Bedarf an kostspieligen kundenspezifischen Lösungen für die Herstellung in großem Maßstab. Imec hat diese Herausforderungen gemeistert, indem es modernste Halbleiterfertigungstechnologie zusammen mit seiner umfassenden Erfahrung in der Biosensortechnologie eingesetzt hat, um molekulare Elektronik mit Standardwerkzeugen zu kommerzialisieren. Wir freuen uns sehr über die Zusammenarbeit mit imec bei diesen Bemühungen."

Imec und Roswell haben wichtige Proof-of-Concept-Arbeiten erfolgreich abgeschlossen und konzentrieren sich nun auf die endgültige Prozessentwicklung. Die ersten kommerziell verfügbaren Produkte werden voraussichtlich 2021 auf den Markt kommen.

"Aufbauend auf seiner Führungsrolle in der Spitzentechnologie der Prozessentwicklung für die Halbleiterindustrie hat imec die Grenzen des Machbaren verschoben. Dieser Sensor der nächsten Generation, der in der Lage ist, die Biosensorik zu revolutionieren, profitiert von unserem breiten Fachwissen, um die Produktionshürden zu überwinden", sagte Dr. Ashesh Ray Chaudhuri, Teamleiter für Biowissenschaftstechnologien bei imec.“

Dr. Simone Severi, Programmdirektorin für Lifescience-Technologien bei imec, fügte hinzu: "Unsere Partnerschaft mit Roswell ist ein großartiges Beispiel dafür, wie imec seine Führungsposition in der hochmodernen Halbleiterfertigungstechnologie nutzt, um die nächste Generation von Life-Science-Instrumenten zu ermöglichen. Wir freuen uns sehr auf die Zusammenarbeit mit Roswell bei der Integration ihres molekularen Elektroniksensors und der Entwicklung des schnellsten Weges zu einer großindustriellen, kommerziellen Herstellung ihrer Sensorchips. Es ist besonders motivierend, unsere Fähigkeiten zu nutzen, um in wichtigen Bereichen der Medizin, wie der Genomsequenzierung und der Überwachung von Infektionskrankheiten, einen direkten Einfluss zu nehmen und neue Bereiche wie die DNA-Lagerung von DNA im Exabyte-Maßstab zu erschließen"