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Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Me...
Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Me...
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Bioengineering
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JoVE Journal Bioengineering
Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes

Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes

Full Text
8,376 Views
08:07 min
March 9, 2019

DOI: 10.3791/58998-v

Joseph S. Najem1,2, Graham J. Taylor2,3, Nick Armendarez4, Ryan J. Weiss5, Md Sakib Hasan5, Garrett S. Rose5, Catherine D. Schuman6, Alex Belianinov7, Stephen A. Sarles2, C. Patrick Collier2,3,7

1Joint Institute for Biological Sciences,Oak Ridge National Laboratory, 2Department of Mechanical, Aerospace and Biomedical Engineering,University of Tennessee, 3Bredesen Center for Interdisciplinary Research,University of Tennessee, 4Department of Biosystems and Agriculture Engineering,University of Kentucky, 5Department of Electrical Engineering and Computer Science,University of Tennessee, 6Computer Science and Mathematics Division,Oak Ridge National Laboratory, 7Center for Nanophase Materials Sciences,Oak Ridge National Laboratory

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol outlines the assembly and electrical characterization of peptide-doped biomembranes that mimic biological synapses. The technique allows for the assessment of memory resistance and short-term plasticity, relevant to biological systems.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Biophysics
  • Biomaterials

Background

  • Biomolecular memristors are inspired by biological synapses.
  • Insulating lipid bilayers are formed between water droplets in oil.
  • Voltage-activated alamethicin peptides enhance ionic conductance.
  • Understanding these systems aids in exploring cellular transport processes.

Purpose of Study

  • To develop a method for creating biomimetic membranes.
  • To characterize memory resistance in engineered systems.
  • To provide a framework for studying ion channel behavior.

Methods Used

  • Preparation of liposome solutions.
  • Assembly of droplet interface bilayers on electrodes.
  • Electrical characterization of the biomembranes.
  • Assessment of activity-dependent memory resistance.

Main Results

  • Demonstrated tunable memory resistance in biomembranes.
  • Showed potential for studying short-term plasticity.
  • Provided insights into the transport properties of engineered systems.
  • Highlighted the accessibility of the technique for new researchers.

Conclusions

  • The protocol enables the study of biomimetic membranes effectively.
  • It offers a valuable tool for understanding synaptic behavior.
  • Future applications may extend to various cellular transport processes.

Frequently Asked Questions

What are biomolecular memristors?
Biomolecular memristors are devices that mimic the behavior of biological synapses, utilizing biomolecules to achieve memory functions.
How does the technique work?
The technique involves assembling lipid bilayers and incorporating peptides to create a system that can mimic synaptic behavior.
What is the significance of voltage-activated alamethicin peptides?
These peptides enhance ionic conductance, allowing the biomembranes to exhibit memristive properties.
Who will demonstrate the procedure?
Dr. Joseph Najem, a postdoc from the laboratory, will demonstrate the procedure.
What skills should new researchers develop?
New researchers should become proficient in preparing liposome solutions and assembling droplet interface bilayers.

소프트, 저전력, 생체 분자 멤리스터는 생체 시냅스의 유사한 구성, 구조 및 스위칭 메커니즘을 활용합니다. 여기에 제시된 프로토콜은 오일의 물방울 사이에 형성된 지질 이중층을 절연하여 얻은 생체 분자 멤리스터를 조립하고 특성화하는 프로토콜입니다. 전압 활성화 알라메티신 펩타이드의 통합은 멤브레인 전체에 memristive ionic conductance를 초래합니다.

당사의 프로토콜은 생물학적 시냅스의 구성, 구조 및 수송 특성을 밀접하게 모방하고 조정 가능한 메모리 저항을 나타내는 펩타이드 도핑된 생체막을 조립하고 전기적으로 특성화하는 방법을 설명합니다. 이 기술을 통해 사용자는 생물학적 시냅스 및 이온 채널과 관련된 시간 규모 및 여기 수준에서 엔지니어링 시스템의 활동 의존적, 메모리 저항 및 단기 가소성을 평가할 수 있습니다. 이 기술은 전압 활성화 이온 채널을 포함하는 생체 모방 막을 특성화하기 위한 프레임워크를 제공하여 뉴런을 포함한 다양한 세포 수송 과정의 특성화에 적용할 수 있습니다.

새로운 연구자들에게 우리가 제안하는 것은 먼저 리포좀 용액을 준비하고 와이어형 전극에 액적 계면 이중층을 조립하는 데 능숙해지는 것입니다. 액적 분배 및 전극의 포지셔닝 프로세스를 직접 보면 이중층 형성을 위한 이 기술이 단순화되어 모든 사람이 즉시 액세스할 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 박사후 연구원인 Joseph Najem 박사입니다.

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생체 분자 멤리스터 이온 채널 도핑 지질막 펩타이드 도핑 된 생체막 메모리 저항 단기 가소성 지질 이중층 형성 알라메티신 리포좀 용액 액적 계면 이중층 세포 수송 과정 전압 활성화 이온 채널 Joseph Najem 박사 신경 전달 시뮬레이션 도립 현미경 기술

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