Im Projekt BIOSYNTH arbeiten drei Fraunhofer-Institute an einer Mikrochip-Plattform für künftige Massendatenspeicher auf Basis synthetischer DNA. Angesichts der weltweit wachsenden Datenmenge, die bis 2027 voraussichtlich 284 Zettabyte erreichen wird, stoßen traditionelle Speicherlösungen an ihre Grenzen. DNA bietet eine platzsparende, ressourcenschonende und energieeffiziente Alternative für die Langzeitarchivierung von Daten, auf die selten zugegriffen wird.
Die Plattform ermöglicht die Hochdurchsatz-Synthese von DNA, RNA und Peptiden. Binäre Daten werden in Sequenzen der Nukleotide Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin übersetzt und in synthetische DNA-Stränge kodiert. Um Fehler im Syntheseprozess zu minimieren, nutzen die Forschenden On-Chip-Monitoring und spezielle Algorithmen, die eine fehlerfreie Datenabbildung gewährleisten. Die Mikrochip-Plattform kombiniert CMOS-integrierte Steuerelektronik, miniaturisierte Reaktionszellen, Mikroheizungen, organische Leuchtdioden und Photodioden. Jede Reaktionszelle fungiert als thermisch gesteuerter Mini-Bioreaktor, dessen Syntheseprozess optisch überwacht wird, um die Reaktionsqualität sicherzustellen.
Neben der Datenspeicherung soll die Plattform Anwendungen in der Biologie, Biochemie, Umwelttechnologie und personalisierten Medizin ermöglichen. Sie könnte beispielsweise zur frühzeitigen Erkennung von Schadstoffen oder zur Entwicklung individueller Therapeutika genutzt werden. Ziel ist es, große, ressourcenintensive Synthese-Systeme durch eine portable, energiearme und kostengünstige Lösung zu ersetzen, die durch Serienfertigung in der Mikroelektronik skalierbar ist.
Das Projekt wird von Industriepartnern wie Infineon Technologies und dem Bundesarchiv Koblenz unterstützt, um den Technologietransfer in die Praxis zu fördern. Erste Technologiedemonstratoren werden vom 5. bis 8. Mai 2025 auf der SynBioBeta-Konferenz in San José präsentiert. BIOSYNTH, gefördert durch das Fraunhofer-Programm PREPARE, läuft bis Mai 2026 und vereint die Expertise der Fraunhofer-Institute IPMS, IZI-BB und ITEM.
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