离子通道掺杂脂质膜组成的生物分子记忆器的组装与表征

我们的协议描述了如何组装和电气特征肽掺杂生物膜，密切模仿生物突触的组成，结构和传输特性，并表现出可调调的记忆电阻。该技术使用户能够根据与生物突触和离子通道相关的时间尺度和激发水平评估工程系统中的活动依赖性、记忆电阻和短期可塑性。该技术为描述含有电压激活离子通道的仿生膜提供了一个框架，使其适用于各种细胞传输过程的表征，包括神经元中的细胞传输过程。

我们向新研究人员的建议是，首先要熟练地制备脂质溶液，并在线型电极上组装液滴界面双层。亲眼看到液滴点胶和电极上的定位过程简化了这种双层形成技术，使所有人都能立即获得这种技术。演示这个程序将是约瑟夫·纳杰姆博士，一个博士后从我的实验室。

首先，在微离心管中准备阿拉米西辛库存溶液，将乙醇中的阿拉米辛肽粉溶解到每毫升2.5毫克的最终浓度。涡流管短暂混合，并储存在零下20摄氏度的冰柜中的库存溶液。在1.5毫升安全锁管中，在溶液 A 的 99 微升中加入一微升阿拉米辛库存溶液，以实现脂体悬浮液中最终的阿拉米辛浓度为 13 微摩尔。

漩涡混合良好。由此产生的肽脂体溶液是溶液B.Mix117微升溶液B与10微升溶液B，实现最终阿拉米西明素浓度的一微摩尔，然后涡流混合良好。将生成的解决方案称为 C.将解决方案 B 和 C 存储在 4 摄氏度。

将一毫米厚的 25 倍 75 毫米玻璃侧放在倒置显微镜的舞台上。将几滴六烷油分配到玻璃滑梯的中心，然后将储油罐直接放在玻璃滑梯上的油上。完全用六烷油向储油罐加注。

确保储液罐位于客观透镜上方。然后将电极支架插入安装在微操纵器上的电流放大器的头部阶段。微操纵器可最大限度地降低电极长度和电噪声。

然后，将用第二根银氯化锡线的玻璃微管支架安装到另一个微操纵器上。使用微操纵器，定位电极，使银-银-氯化线涂覆的尖端完全浸入油藏中，形成相似的垂直平面。对齐两个电极，将其分开几毫米。

要形成脂质双层，请将电极垂直移动到油相中。使用微管在每根导线上沉积 200 纳米的脂质溶液 A。等待三到五分钟，以便水油界面上自发进行脂质单层组装。

如果周围的油密度足够低，液滴可能会下垂。之后，降低电极以重新下潜，直到两个电极的末端几乎接触储油罐的底部。然后形成双层，水平移动电极，使液滴接触。

为了获得捏合、歇斯底里、电流-电压的关系，请使用函数发生器将三角形或正弦电压波形应用到与溶液 A. 组装的无阿拉米辛脂质膜上。要记录面间脂双层层的大小，请测量计算机上的脂质膜的直径，或记录由 10 赫兹、10 毫伏三角波产生的峰峰值电流振幅来计算膜面积。将导线从油相中取出，以去除不含阿拉米西辛的液滴。

使用溶液C添加新的水滴，形成脂质双层液。根据方波电流振幅，使用微操纵器调整液滴之间的接触，使双层器具有与早期形成的相似区域。然后应用 10 赫兹和 10 毫伏电压波形式，并记录诱导电流响应。

要使用定制编程软件和模拟电压源进行脉冲实验，请及时和关闭时间生成具有特定高振幅和低振幅的电压脉冲。记录电流以响应应用的脉冲。电流与电压的图显示电压偏置对无阿拉米辛脂质双层体应用时的非零电流响应。

添加 0.017 赫兹，该频率的阻抗由膜电阻控制。对于高绝缘膜，显示低欧姆电流响应。在含有阿拉米辛肽的两个液滴之间形成的脂质双层体图显示，在高于100毫伏的插入阈值的电压下，电流呈指数级增长。

在高电压下，位于脂质双层体表面的阿拉米西辛肽插入膜并聚集形成导电孔隙。两极的对称电流响应是由于从膜的对面插入和聚合了单独的肽群。电容电流必须从总电流中减去，才能获得压流、挤压的滞后电流电压响应。

生物分子记忆器对后续电压脉冲的响应，尽管在每个关闭时间间歇性地恢复绝缘状态，但同时提高导电性。目前的刺激措施和先前的刺激措施都促成了目前的增长。两个液滴上的粘合单层必须形成，然后将它们聚集在一起形成双层体。

如果水滴太早地聚集在一起，它们就会聚集在一起，并且没有形成双层液。我们现在在设计和制造由固态神经元组成的微流体基础神经网络，这些神经元由基于膜的突触连接，支持 ORNL 高性能超级计算机的网络同化优化。这些分子是第一个具有生物突触的组成、结构、开关机制和离子传输的。

因此，它们提供了一个生物分子基础，为大脑一样的计算和记忆提供了补充。