2019年11月14日，美国国家科学基金会（NSF）发布“用于信息存储和检索的半导体合成生物学”（SemiSynBio-II）项目的招标指南^[1]，旨在通过跨学科研究，解决合成生物学与半导体技术集成的基础科学问题和技术挑战，制造可用于设备和系统的新型生物材料，研发数据存储时间超过100年且存储容量超过当前存储技术1000倍的下一代信息存储技术。

　　与2017年5月发布的第一期项目指南相比，SemiSynBio-II项目试图进一步探索和利用合成生物学和半导体技术之间的协同作用，尤其强调了对生物基新型存储计算模型和存储技术的研究。同时，新一期项目的资助总额为1200万美元，与第一期400万美元的资助总额相比有大幅提升。该项目关注5个主题的研究。

　　1、探索基于生物分子的新型存储计算模型。半导体信息处理为基础生物学发现及其实际应用提供了革命性工具和仪器，但推导生物系统形成、作用和进化的原理仍然是一个挑战。该主题寻求能支持多尺度电子-生物系统集成的新方法、新模型和新设计原理，鼓励利用并加速生物学、材料学、电子学和计算科学等多领域协同的研究，以解决生物学与半导体技术交叉的挑战。

　　2、制定能解决生物学和半导体技术交叉基本问题的新策略。该主题鼓励对基因组的组织和功能机制进行探索，以助力开发具备随机存取、高速和紧凑存储能力的合成系统。合成生物学的进展为利用真核生物基因组结构开发面向下一代信息技术的随机存取存储器提供了可能的途径。潜在研究问题包括：用于无错信息恢复的新编码和新压缩算法、特定存储信息的快速有效检索、存储设备架构以及DNA存储系统的优化设计。

　　3、促进基于可持续材料的新型生物-纳米混合器件的设计。由于硅基材料的不可持续性，未来电子硬件需要新的材料基础。可在未来的电子组件和系统中实施，并可通过回收利用和生物降解实现可持续性的新型生物材料系统备受关注，该主题鼓励对此类系统的研究。新的电子材料需要新的制造技术，对微生物编程可产生一系列可用于半导体工艺的新材料。生命系统以高产率和低能耗制造复杂的纳米结构，若这些功能与合成核酸和蛋白质自组装结合，有望变革复杂电子架构的合成。

　　4、制造可用于信息存储和生物基检索的混合微纳电子系统。在新兴的混合生物半导体平台中，细胞和组织作为“生物前端”实现合成、生物传感、驱动、信号处理和能量收集，而底层半导体平台作为“半导体后端”实现信息计算、控制、通信、存储和能源供应。如果在“生物前端”和“半导体后端”间能实现具备高时空分辨率和大规模并行操作能力的可靠的信息和能量双向通信，则有望创建一种具备全新功能的混合生物-非生物反馈系统。该领域的进展可能会促进自供电智能传感器系统的发展，实现多用途的信息存储和检索。

　　5、扩展和表征集成电子和合成生物学系统。合成生物学工程尚处于早期阶段。随着仪器微型化和高通量表征技术的进步，需要用于混合生物电子系统的新型表征和计量工具，并进一步要求逐步改变面向合成生物学的软件设计自动化（SDA）方式。需要用于生物学的编程语言以及用于大规模生物工程的形式验证技术取得突破。利用先进的电子设计自动化（EDA）工具和概念，可以从根本上提高生物设计自动化（BDA）功能的复杂性。该主题强烈鼓励实验方面的进展。           （张娟）