Derleme ve biyomoleküler iyon kanal katkılı Lipid membranlar oluşan Memristors karakterizasyonu

Protokolümüz, biyolojik sinapsların bileşimini, yapısını ve taşıma özelliklerini yakından taklit eden ve yetersiz bellek direnci sergileyen peptit-doped biyomembranın nasıl biraraya getirilip elektriksel olarak karakterize edilebildiğini açıklar. Bu teknik, kullanıcıların biyolojik sinapslar ve iyon kanalları ile ilgili zaman ölçeklerinde ve uyarma düzeylerinde mühendislik sistemlerinde aktiviteye bağımlı, hafıza direnci ve kısa vadeli plastisiteyi değerlendirmelerini sağlar. Bu teknik, voltaj la aktive iyon kanalları içeren biyomimetik membranların karakterizasyonu için bir çerçeve sağlar, bu da nöronlar da dahil olmak üzere çeşitli hücresel taşıma süreçlerinin karakterizasyonu için geçerli hale.

Yeni araştırmacılara önerimiz, ilk olarak lipozom çözümleri hazırlama ve tel tipi elektrotlar üzerinde iki katmanlı bir damlacık arabirimi oluşturma konusunda uzman olmaktır. Damlacık dağıtım ve elektrotlar üzerinde konumlandırma sürecini ilk elden görmek, bu tekniği iki katmanlı oluşum için basitleştirir ve herkes için hemen erişilebilir hale getirir. Bu prosedürü gösteren Dr. Joseph Najem olacak, laboratuvarımdan doktora sonrası.

Başlamak için, etanoldeki alamethicin peptid tozunu mililitrede 2,5 miligramlık son konsantrasyona eriterek mikrosantrifüj tüpündeki alamethicin stok çözeltisini hazırlayın. Girdap tüp kısa bir süre iyi karıştırmak ve eksi 20 derece santigrat dondurucuda stok çözeltisi saklamak. 1.5 mililitrelik Güvenli Kilit tüpünde, lipozom süspansiyonunda 13 mikromuzun son alamethicin konsantrasyonuna ulaşmak için 99 mikrolitre alamethicin stok çözeltisine bir mikrolitre alamethicin çözeltisi ekleyin.

Girdap iyi karıştırmak için. Ortaya çıkan peptit lipozom çözeltisi çözeltisi B.Mix 117 mikrolitre çözelti A çözeltisi 10 mikrolitre b çözeltisi ile bir mikromolar son alamethicin konsantrasyonu elde etmek için, ve sonra girdap iyi karıştırmak için. Ortaya çıkan çözüme C.Store olarak bakın B ve C çözeltileri dört santigrat derecede.

Ters bir mikroskop sahnesine bir milimetre kalınlığında 25 kez 75 milimetrelik cam bir tarafı yerleştirin. Cam kaydıraktan sonra birkaç damla hekaksidekanyağı dağıtın ve yağ haznesini doğrudan cam kaydıraktan yağın üzerine yerleştirin. Tamamen hekzadecane yağı ile yağ rezervuar doldurun.

RezervuarObjektif lens üzerinde konumlandırılmış olduğundan emin olun. Daha sonra elektrot tutucuyu mikromanipülatöre monte edilmiş bir amplifikatörün baş aşamasına takın. Mikromanipülatör elektrot uzunluğunu ve elektriksel gürültüyü en aza indirir.

Daha sonra, cam mikropipet tutucuyu ikinci gümüş-gümüş klorür teliyle başka bir mikromanipülatöre monte edin. Mikromanipülatörler kullanarak, elektrotları gümüş-gümüş-klorür tellerinin agarose kaplı uçları benzer bir dikey düzlemde yağ haznesine tamamen batırAcak şekilde konumlandırın. İki elektrotları hizalayın ve birkaç milimetre ayırın.

Lipid çift katmanlı oluşturmak için, yağ fazına dikey elektrotlar taşıyın. Kabloların her birine 200 nanolitre lipid çözeltisi A yatırmak için mikropipeti kullanın. Su yağı arabiriminde spontan lipid monolayer montaj için izin vermek için üç ila beş dakika bekleyin.

Çevredeki yağ yeterince daha az yoğun ise damlacıklar sarkabilir. Bundan sonra, her iki elektrotun uçları yağ haznesinin dibine zar zor dokunana kadar elektrotları düşürün. Sonra çift katmanlı oluşturmak için, temas damlacıkları getirmek için yatay elektrotlar hareket ettirin.

Sıkıştırılmış, histeretik, akım-voltaj ilişkisini elde etmek için, üçgen veya sinüzoidal gerilim dalga formunu çözelti damlacıkları ile birleştirilmiş alamethicin içermeyen lipid membranına uygulamak için bir fonksiyon jeneratörü kullanın A.Record birden çok frekanslarda indüklenen akım yanıtını kaydedin. İnterfasiyal lipid çift tabakasının boyutunu kaydetmek için, ya bilgisayarda lipid zarının çapını ölçmek ya da membran alanını hesaplamak için 10 hertz, 10 milivolt üçgen dalga dan kaynaklanan pik-to-peak akım genliği kaydetmek. Alamethicin içermeyen damlacıkları çıkarmak için kabloları yağ fazının dışına çıkarın.

Çözeltic kullanarak yeni sulu damlacıklar ekleyin ve bir lipid iki katmanlı formu. Kare dalga akım genliğine dayanarak, damlacıklar arasındaki teması ayarlamak için mikromanipülatörleri kullanın, örneğin çift katmanlı daha önce oluşan alana benzer bir alana sahiptir. Daha sonra 10-hertz ve 10 milivolt voltaj dalga formu uygulayın ve daha önce olduğu gibi indüklenen akım yanıtı kaydedin.

Özel bir programlama yazılımı ve analog gerilim kaynağı kullanarak darbe deneyleri yapmak için, zaman ve kapalı zaman belirli yüksek ve düşük genlikleri ile voltaj darbeleri oluşturmak. Uygulanan darbelere yanıt olarak akımı kaydedin. Akım alamethicin içermeyen lipid çift katmanlı bir gerilim önyargı uygulanması üzerine non-sıfır akım yanıtı gösterir akım karşı gerilim arsa.

0.017 hertz, empedans membran direnci hakim olduğu bir frekans ekleyin. Yüksek yalıtım membranı için düşük ohmik akım yanıtı gösterilmiştir. Alamethicin peptidleri içeren iki damlacık arasında oluşan bir lipid ikikat arsa 100 milivolt ekleme eşiğinin daha yüksek voltajlarda katlanarak artan akımlar gösterir.

Yüksek voltajda, lipid iki katmanlı insert membran ve agrega yüzeyinde bulunan alamethicin peptidler iletken gözenekleri oluşturmak için. Her iki kutuptaki simetrik akım tepkileri, membranın zıt taraflarından ayrı peptid popülasyonlarının yerleştirilmesi ve toplanmasından kaynaklanmaktadır. Kapasitif akım, sadece memristive, sıkıştırılmış histeresis akım-gerilim tepkisi elde etmek için toplam akımçıkarılmalıdır.

Biyomoleküler memristor tepki sonraki voltaj darbeleri için zamanında iletkenlik bir artış ile, aralıklı olarak her kapalı zaman sırasında bir yalıtım durumu geri rağmen. Hem mevcut uyarıcılar hem de önceki uyaranlar mevcut artışa katkıda bulunur. Her iki damlacık üzerinde uyumlu monolayers çift katmanlı oluşturmak için onları bir araya getirmeden önce oluşturmalıdır.

Damlacıklar çok erken bir araya getirilirse, birleşirler ve çift katmanlı bir şey oluşmaz. Şu anda, ORNL'de yüksek performanslı süper bilgisayarların ağ asimilasyon optimizasyonu ile desteklenen membran tabanlı sinapslarla birbirine bağlanan katı hal nöronlarından oluşan mikroakışkan baz sinir ağları tasarlıyor ve üretiyoruz. Bu memristors biyolojik sinapsların bileşimi, yapısı, anahtarlama mekanizması ve iyon taşıma ilk vardır.

Böylece beyin benzeri bilgisayar ve bellek ekleyerek döşenmiş bir biyomoleküler temel sağlar.