어셈블리 및 바이오 Memristors 이온 채널 실수로 지질 세포 막의 구성의 특성

당사의 프로토콜은 생물학적 시냅스의 조성, 구조 및 수송 특성을 밀접하게 모방하고 튜닝 가능한 메모리 저항을 나타내는 펩타이드 도핑 생물막을 조립하고 전기적으로 특성화하는 방법을 설명합니다. 이 기술은 사용자가 생물학적 시냅스 및 이온 채널과 관련된 시간 척도 및 여기 개수 수준에서 엔지니어링 된 시스템에서 활동에 의존하는, 메모리 저항 및 단기 가소성을 평가 할 수 있습니다. 이 기술은 전압 활성화 이온 채널을 포함하는 생체 모방 막을 특성화하기 위한 프레임워크를 제공하여 뉴런을 포함한 다양한 세포 수송 공정의 특성화에 적용할 수 있습니다.

새로운 연구진에 대한 우리의 제안은 먼저 리포솜 솔루션을 준비하고 와이어 형 전극에 방울 인터페이스 바이레이어를 조립하는 데 능숙해지는 것입니다. 전극에 액적 분배 및 포지셔닝 프로세스를 직접 보면 이중 레이어 형성을 위한 이 기술이 단순화되어 모든 사용자가 즉시 액세스할 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 것은 내 실험실에서 포스트 닥인 조셉 나젬 박사가 될 것입니다.

시작하려면, 밀리리터당 2.5 밀리그램의 최종 농도로 에탄올의 알라메티신 펩티드 분말을 용해시킴으로써 마이크로센티슈지 튜브내알라메티신 스톡 용액을 준비한다. 튜브를 짧게 소용돌이어 잘 섞고 스톡 용액을 영하 20도의 냉동고에 보관합니다. 1.5 밀리리터 세이프 록 튜브에서, 리포솜 현탁액에 13 마이크로몰라의 최종 알라메티신 농도를 달성하기 위해 솔루션 A의 99 마이크로 리터에 알라메티신 스톡 솔루션의 마이크로 리터를 추가합니다.

소용돌이가 잘 섞입니다. 그 결과 펩티드 리포솜 용액은 10마이크로리터의 용액 B를 장착한 솔루션 B.Mix 117 마이크로리터로, 하나의 마이크로몰라의 최종 알라메티신 농도를 달성한 다음 잘 섞어낸 소용돌이이다. 생성된 솔루션을 C.Store솔루션 B와 C를 섭씨 4도에 저장합니다.

반전 된 현미경의 무대에 1 밀리미터 두께 25 배 75 밀리미터 유리 면을 놓습니다. 육사데카네 오일 몇 방울을 유리 슬라이드 중앙에 분배한 다음 오일 저장소를 유리 슬라이드의 오일에 직접 놓습니다. 오일 저장소를 육사데카네 오일로 완전히 채웁니다.

저장소가 목표 렌즈 위에 위치되어 있는지 확인합니다. 그런 다음 전극 홀더를 미세 조작기에 장착된 전류 증폭기의 헤드 스테이지에 연결합니다. 마이크로 조작기는 전극 길이와 전기 적 소음을 최소화합니다.

그런 다음 두 번째 실버-염화물 와이어를 다른 마이크로 조작기위에 유리 마이크로피펫 홀더를 장착합니다. 마이크로 조작기를 사용하여, 은은 염화물 와이어의 아가로즈 코팅 팁이 유사한 수직 평면에서 오일 저수지에 완전히 침수되는 것을 전자극을 배치합니다. 두 전극을 정렬하고 몇 밀리미터로 분리합니다.

지질 이중층을 형성하려면 전극을 수직으로 오일 상으로 이동합니다. 마이크로 피펫을 사용하여 각 전선에 지질 용액 A의 200 나노 리터를 증착하십시오. 물 오일 인터페이스에서 자발적인 지질 단층 조립이 발생할 수 있도록 3 ~5 분 동안 기다립니다.

주변 오일이 충분히 밀도가 떨어지면 물방울이 처질 될 수 있습니다. 그 후, 전극을 낮추어 두 전극의 끝이 오일 저장소의 바닥을 거의 만지지 않는 때까지 다시 침수합니다. 그런 다음 이중 층을 형성하기 위해 전극을 수평으로 이동하여 액적을 접촉하게합니다.

꼬집어, 히스테리, 전류 전압 관계를 얻으려면 함수 발생기를 사용하여 액수A.Record를 사용하여 조립된 알라메티신이 없는 지질 막에 삼각형 또는 부비동 전압 파형을 적용하여 여러 주파수에 걸쳐 유도된 전류 응답을 기록합니다. 안면 지질 양층의 크기를 기록하기 위해, 컴퓨터의 지질 막의 직경을 측정하거나 10 헤르츠, 10 밀리볼트 삼각형 파로 인한 피크-피크 전류 진폭을 기록하여 멤브레인의 면적을 계산한다. 오일 단계에서 와이어를 꺼내 알라메티신이 없는 물방울을 제거합니다.

솔루션 C를 사용하여 새로운 수성 물방울을 추가하고 지질 이중 레이어를 형성합니다. 제곱파 전류 진폭에 기초하여, 마이크로조작기를 사용하여 양층이 이전에 형성된 것과 유사한 영역을 가지도록 하는 방울 간의 접촉을 조절한다. 그런 다음 10-hertz 및 10밀리볼트 전압 파형을 적용하고 유도된 전류 응답을 이전과 같이 기록합니다.

사용자 지정 프로그래밍 소프트웨어 및 아날로그 전압 소스를 사용하여 펄스 실험을 수행하려면 시간 및 오프 시간에 특정 높고 낮은 진폭으로 전압 펄스를 생성합니다. 적용된 펄스에 대한 응답으로 전류를 기록합니다. 전류 대 전압의 플롯은 알라메티신이 없는 지질 이중층에 전압 바이어스를 적용하면 0이 아닌 전류 응답을 보여줍니다.

0.017 헤르츠를 추가, 임피던스는 막 저항에 의해 지배되는 주파수. 고절연 멤브레인에 대해 낮은 ohmic 전류 반응이 표시됩니다. 알라메티신 펩티드를 함유한 두 방울 사이에 형성된 지질 이중층의 플롯은 100 밀리볼트의 삽입 임계값보다 높은 전압에서 기하급수적으로 전류를 증가시다.

고전압에서, 지질 이중층의 표면에 상주하는 알라메티신 펩타이드는 멤브레인에 삽입하고 전도성 모공을 형성하기 위해 골재한다. 두 극성에서 대칭 전류 응답은 멤브레인의 반대쪽에서 펩티드의 별도의 집단의 삽입 및 집계에 기인한다. 정전 용량 전류는 메소스트, 꼬집어진 히스테리시스 전류 전압 반응만 을 얻으려면 총 전류에서 빼져야 합니다.

생체 분자 memristor 응답은 각 오프 타임 동안 절연 상태를 간헐적으로 복원에도 불구하고, 정시 동안 전도도의 증가와 후속 전압 펄스에 반응. 현재자극과 이전 자극은 모두 현재의 증가에 기여한다. 두 방울의 응집력 있는 단층은 쌍층을 형성하기 위해 함께 가져오기 전에 형성되어야 합니다.

물방울이 너무 일찍 모이면 합쳐지고 이중 층이 형성되지 않습니다. 우리는 지금 ORNL에서 고성능 슈퍼컴퓨터의 네트워크 동화 최적화에 의해 지원되는 멤브레인 기반 시냅스로 연결된 고체 상태 뉴런으로 구성된 미세 유체 기본 신경망을 설계하고 제작하고 있습니다. 이러한 memristor는 생물학적 시냅스의 조성, 구조, 스위칭 메커니즘 및 이온 수송을 갖는 최초의 것입니다.

그들은 따라서 두뇌 와 같은 컴퓨팅 및 메모리를 추가 하는 생체 분자 기초를 제공 합니다.