Morbido, bassa potenza, biomolecolari memristors sfruttare simile composizione, struttura e meccanismi di bio-sinapsi di commutazione. Presentato qui è un protocollo da assemblare e caratterizzazione biomolecolare memristors ottenuto da isolante lipidici formate tra le goccioline di acqua in olio. L'incorporazione di tensione-attivato alameticina risultati di peptidi in memristive conduttanza ionica attraverso la membrana.
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Articolo metodologico
Assemblaggio e caratterizzazione biomolecolare Memristors costituito da membrane lipidiche drogato con scanalatura dello ione
In questo articolo
Sommario
Abstract
La capacità di ricreare la funzionalità sinaptica in elementi del circuito sintetico è essenziale per focalizzeranno informatica sistemi che cercano di emulare le competenze cognitive del cervello con densità ed efficienza paragonabile. Ad oggi, basata sul silicio transistori con tre terminali e due terminali memristors sono stati ampiamente utilizzati nei circuiti di neuromorphic, in gran parte dovuto la loro capacità di co-localizzare la memoria e l'elaborazione delle informazioni. Eppure questi dispositivi non possono raggiungere l'interconnettività e la complessità del cervello perché sono affamati di potere, non riescono a imitare chiave funzionalità sinaptica e soffrono di rumore elevati e alte tensioni di comando. Per superare queste limitazioni, abbiamo sviluppato e caratterizzato un memristor biomolecolari che simula la composizione, struttura e caratteristiche di commutazione delle sinapsi biologiche. Qui, descriviamo il processo di assemblaggio e caratterizzazione biomolecolare memristors costituito da un doppio strato di 5 nm di spessore lipidico formano tra le goccioline di acqua del lipido-funzionalizzati in olio e drogato con peptidi alameticina tensione-attivato. Mentre simili protocolli di assemblaggio sono stati utilizzati per indagare le proprietà biofisiche delle membrane lipidiche gocciolina-sostenuto e canali ionici di membrana-limita, in questo articolo si concentra sulle modifiche chiave del metodo gocciolina interfaccia doppio strato essenziale per ottenere prestazioni coerenti memristor. In particolare, descriviamo il processo di preparazione dei liposomi e l'incorporazione dei peptidi alameticina in membrane bilayer del lipido e le concentrazioni adeguate di ciascun costituente, nonché il loro impatto sulla risposta globale della memristors. Abbiamo inoltre dettagliatamente il processo di caratterizzazione di memristors biomolecolari, compresa la misurazione e analisi delle relazioni di tensione-corrente memristive ottenuta mediante voltammetria ciclica, come pure la plasticità a breve termine e l'apprendimento graduale in risposta a treni di impulsi di tensione.
Introduzione
È ampiamente riconosciuto che le sinapsi biologiche sono responsabili per l'elevata efficienza ed enorme parallelismo del cervello dovuto la loro capacità di imparare ed elaborare le informazioni in modi altamente adattabili. Questa funzionalità coordinata emerge da multipli, altamente complessi meccanismi molecolari che guidano entrambi plasticità sinaptica a breve termine e a lungo termine1,2,3,4,5. Sistemi di calcolo focalizzeranno mirano a emulare le funzionalità sinaptiche a livelli prossimi alla densi....
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Protocollo
1. precauzioni e istruzioni generali
- Selezionare adatto, intatto di misurazione/miscelazione cristalleria (beute, bicchieri, ecc.) e altri articoli da laboratorio (spatole, cucchiai, ecc.) per l'uso.
- Gestire la cristalleria con attenzione per evitare di danneggiare e indossare guanti in lattice o nitrile per evitare di contaminare la cristalleria/labware con residui dalla punta delle dita e per proteggere la pelle.
- Selezionate cristalleria/labware pulito accuratamente con acqua e soluzione detergente di lavaggio con un pennello morbido bottiglia fino a quando è pulito e tutti i residui vengono rimossi.
- Sciacquar....
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Risultati
Figura 1 Visualizza la configurazione sperimentale utilizzata per assemblare e caratterizzare il memristor biomolecolari. Abbassare le estremità libere degli elettrodi alla parte inferiore del serbatoio dell'olio, come mostrato in Figura 1b, è stato trovato utile per minimizzare le vibrazioni degli elettrodi e le goccioline che possono provocare variazioni nella zona misurata corrente e doppio strato, specialmente nei casi in dove l'olio da riscaldamento può gen.......
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Discussione
Questa carta presenta un protocollo per l'assemblaggio e caratterizzazione biomolecolare memristors basato su ione drogato con canale sintetico biomembrane formata tra due gocce d'acqua in olio. Il dispositivo materia soffice, due terminali è stato progettato e studiato per: 1) superare i vincoli che sono associati con tecnologia a stato solido, come rumore elevato, elevato consumo di energia e alta commutazione tensioni, imitare 2) più molto attentamente la composizione, struttura commutazione meccanismi biologiche sina.......
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Dichiarazioni
Questo manoscritto è stato autore di UT-Battelle, LLC, sotto contratto no. DE-AC0500OR22725 con l'US Department of Energy. Mantiene il governo degli Stati Uniti e l'editore, accettando l'articolo per la pubblicazione, riconosce che il governo degli Stati Uniti mantiene una licenza non esclusiva, liberata, irrevocabile, mondiale per pubblicare o riprodurre il modulo pubblicato di Questo manoscritto, o consentire ad altri di farlo, per le finalità di governo degli Stati Uniti.
Ringraziamenti
Sostegno finanziario è stato fornito dalla National Science Foundation Grant NSF ECCS-1631472. Ricerca per G.J.T., C.D.S, A.B., e c.p.c. parzialmente è stato sponsorizzato dal diretto di laboratorio ricerca e sviluppo programma di Oak Ridge National Laboratory, gestito da UT-Battelle, LLC, per l'US Department of Energy. Una parte di questa ricerca è stata condotta presso il centro per Nanophase Materials Sciences, che è un DOE Office of Science utente Facility.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 1,2-diphytanoy-sn-glicero-3-fosfocolina (DPhPC) | Avanti Polar Lipids | 850356P/850356C | Acquistato come polvere liofilizzata (P) o in cloroformio (C) |
| Agarosio | Sigma-Aldrich | A9539 | |
| Agarosio (0,5 g compresse di agarosio) | Benchmark | A2501 | Puoi usare la forma in polvere o le compresse |
| Alamina | AG Scientific | A-1286 | |
| Bilancia analitica | Amplificatore Mettler Toledo | ME204TE/00 | |
| Axopatch 200B | Molecular | Devices-BK | |
| Precision 4017B 10 MHz DDs Generatore di scansione/funzione | Digi-Key | BK4017B-ND | |
| Precision Instruments | 1B100F-4 | ||
| Brain Total Lipid Extract (Porcine) | Avanti Polar Lipids | 131101 | |
| sistema DigiData 1440A | Molecular Devices | - | |
| Set estrusore con supporto/blocco riscaldante | Avanti Polar Lipids | 610000 | Include un mini-estrusore, 2 siringhe, 100 membrane PC, 100 supporti per filtri e 1 supporto/blocco riscaldante |
| Congelatore (-20 ° C) | VWR International | SCUCBI0420AD | |
| vetreria | VWR | International-Esadecano | |
| , 99% | Sigma-Aldrich | 544-76-3 | |
| Alcool isopropilico | VWR International | BDH1133-4LP | |
| Supporto per microelettrodo | World Precision Instruments | MEH1S | |
| MOPS | Sigma-Aldrich | M1254 | |
| Azoto (N2) Gas | Airgas | UN1066 | |
| Parafilm M Pellicola da laboratorio per tutti gli usi | Parafilm | PM999 | |
| Guanti da esplorazione in nitrile morbido senza polvere | VWR International | CA89-38-272 | |
| Microscopio prepulito Sildes | Fisher Scientific | 22-267-013 | |
| Refrigirator (4 ° C) | VWR International | SCUCFS-0504G | |
| Filo d'argento | GoodFellow | 147-346-94 | Diversi diametri potrebbero essere utilizzati a seconda dell'applicazione |
| Cloruro di sodio (KCl) | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| Piastra riscaldante di agitazione | Thermo Scientific | ||
| VWR Tergicristalli per Leggeri | VWR International | 82003-820 | |
| VWR Scientific 50D Pulitore ad ultrasuoni | VWR International | 13089 |
Riferimenti
- Thompson, R. F. The neurobiology of learning and memory. Science. 233 (4767), 941-947 (1986).
- Squire, L. R. Memory systems of the brain: a brief history and current perspective. Neurobiology of learning and memory. 82 (3), 171-177 (2004).
- Benfenati, F....
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Ristampe e permessi
