Roswell Biotechnologies는 2014년에 설립되었으며 캘리포니아 샌디에이고에 기반을 두고 있으며 전자 제품을 사용하여 질병을 연구, 진단 및 치료하는 "생물학의 디지털화"를 목표로 하는 회사이다.

2019년 Roswell은 나노전자공학 및 디지털 기술을 전문으로 하는 벨기에의 세계 최고의 연구 및 혁신 허브인 IMEC와 파트너십을 체결했다. 그런 다음 급진적인 새로운 칩 설계를 위한 파운드리 호환 제조 공정에 대한 개발이 시작되었다. 세계 최초의 장치인 분자 전자(ME) 칩이 이제 테스트를 완료했으며 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에서 발표한 동료 검토 연구에 자세히 설명되어 있다.

이 이정표는 단일 분자를 회로에 통합하려는 50년 간의 목표를 실현한다. 위의 비디오에서 볼 수 있듯이 칩은 개별 분자를 회로의 범용 센서 요소로 사용한다. 이는 실시간 단일 분자 감도와 센서 픽셀 밀도의 무제한 확장성을 갖춘 바이오센서를 생성한다. 이것은 약물 발견, 진단, DNA 시퀀싱, 프로테옴의 대규모 연구를 포함하여 근본적으로 분자 상호작용 관찰에 기반을 둔 다양한 분야의 발전을 뒷받침할 것이다.

공동 저자인 텍사스 라이스 대학의 화학, 재료 과학, 나노 공학 및 컴퓨터 과학 교수인 짐 투어(Jim Tour) 박사는 "생물학은 서로 대화하는 단일 분자에 의해 작동하지만 우리의 기존 측정 방법은 이를 감지할 수 없다."고 말했다. "이 논문에서 처음으로 시연된 센서는 이러한 분자 통신에 귀를 기울이게 하여 생물학적 정보에 대한 새롭고 강력한 관점을 가능하게 한다."

새로운 플랫폼은 확장 가능한 센서 어레이 아키텍처를 갖춘 프로그래밍 가능한 반도체 칩으로 구성된다. 각 어레이 요소는 정밀하게 설계된 분자 와이어를 통해 흐르는 전류를 모니터링하는 전류 측정기로 구성되며, 이를 회로에 직접 결합하는 나노전극에 걸쳐 조립된다. 센서는 원하는 프로브 분자를 중앙의 엔지니어링된 접합 부위를 통해 분자 와이어에 부착하여 프로그래밍된다. 관찰된 전류는 프로브의 분자 상호작용에 대한 직접적인 실시간 전자 판독 값을 제공한다.

이러한 피코암페어 규모의 전류 대 시간 측정은 초당 1,000프레임의 속도로 센서 어레이에서 디지털 형식으로 판독되어 고해상도, 정밀도 및 처리량으로 분자 상호 작용 데이터를 캡처한다.

이미지 출처: Fuller, et al. (PNAS, 2021)

"이 작업의 목표는 정밀 의학 및 개인 건강의 미래를 위해 바이오센싱을 이상적인 기술 기반에 두는 것이다."고 Roswell의 공동 설립자이자 최고 과학 책임자인 Barry Merriman 박사는 말했다. "이를 위해서는 칩에 바이오센싱을 탑재할 뿐만 아니라 올바른 종류의 센서를 사용하여 올바른 방식으로 배치해야 한다. 우리는 센서 요소를 분자 수준으로 미리 축소하여 완전히 새로운 종류의 실시간, 더 작고, 더 빠르고, 더 저렴한 테스트 및 기기를 위한 장기 무제한 확장 로드맵이 포함된 단일 분자 측정이다."

PNAS 논문은 DNA, 항체, 항원 및 앱타머(단일 가닥 올리고뉴클레오티드)를 포함한 광범위한 프로브 분자를 제시한다. 정의된 아키텍처로 접혀 단백질과 같은 표적에 결합하는 것뿐만 아니라 진단 및 시퀀싱과 관련된 효소의 활성도 포함된다.

여기에는 표적 DNA에 결합하는 CRISPR Cas 효소가 포함된다. 이 논문은 약물 발견, 더 빠른 코로나 테스트 및 단백질체학의 가능성을 포함하여 이러한 프로브에 대한 광범위한 응용 프로그램을 보여준다.

이 논문은 또한 DNA 중합효소(DNA를 복사하는 효소)가 회로에 통합되어 이 효소가 한 글자씩 DNA 조각을 복사할 때 이 효소의 작용을 직접 전기적으로 관찰할 수 있는 방법을 보여준다. 이전 시퀀싱 기술은 간접 측정에 의존했다. 대조적으로, 이 새로운 접근 방식은 뉴클레오티드를 포함하는 DNA 중합효소를 실시간으로 직접 관찰할 수 있다. 이 문서는 이러한 활동 신호를 기계 학습 알고리즘으로 분석하여 시퀀스를 읽는 방법을 보여준다.

"Roswell 시퀀싱 센서는 폴리머라제 활성에 대한 새롭고 직접적인 관점을 제공하며, 속도와 비용면에서 추가적인 규모로 시퀀싱 기술을 발전시킬 가능성이 있다."고 논문 공저자이자, 국립과학원 회원이자 로스웰 과학 자문 위원회 회원인 조지 처치(George Church) 교수는 말했다.

"이 확장 가능한 칩은 개인 건강 또는 환경 모니터링을 위한 고도로 분산된 시퀀싱과 엑사바이트 규모의 DNA 데이터 저장과 같은 미래의 초고처리량 애플리케이션을 위한 가능성을 열어준다."