Name: assembly and characterization of biomolecular memristors consisting of ion channel-doped lipid membranes
Uploaded: 2019-03-09T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes at JoVE.com

Ulusal Bilim Vakfı Hibe NSF ECCS-1631472 tarafından mali destek sağlanan. G.J.T., C.D.S., A.B. için araştırma ve C.P.C. kısmen laboratuvar yönelik araştırma ve geliştirme programı, Oak Ridge National UT-Battelle, LLC, ABD Enerji Bakanlığı için yönetilen Laboratory, tarafından desteklenmektedir. Bu araştırma bir kısmını Nanophase malzeme bilimleri için bir DOE ofis, bilim kullanıcı tesis olan merkezinde yapılmıştır.

1. genel yönergeler ve önlemler
<ol><li>Uygun, hasarsız ölçme/karıştırma Züccaciye Mağazaları (şişeler, kadehler, vb) ve diğer aygıtlar (spatula, kaşık toz, vb) kullanmak için seçin.</li>
	<li>Cam dikkatli bir şekilde zarar görmesini önlemek için SAP ve Züccaciye Mağazaları/aygıtlar parmaklarınızın üzerinden artıkları ile bulaşıcı önlemek için ve cildinizi korumak için lateks veya nitril eldiven giymek.</li>
	<li>Temiz seçilmiş Züccaciye Mağazaları/iyice kull...

<ol>
	<li>Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neurobiology+of+learning+and+memory.">The neurobiology of learning and memory.</a> Science. 233 (4767), 941-947 (1986).</li><li>Squire, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+systems+of+the+brain:+a+brief+history+and+current+perspective.">Memory systems of the brain: a brief history and current perspective.</a> Neurobiology of learning and memory. 82 (3), 171-177 (2004).</li><li>Benfenati, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptic+plasticity+and+the+neurobiology+of+learning+and+memory.">Synaptic plasticity and the neurobiology of learning and memory.</a> Acta Bio Medica Atenei Parmensis. 78 (1Suppl), 58-66 (2007).</li><li>Marx, G., Gilon, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+molecular+basis+of+memory.">The molecular basis of memory.</a> ACS Chemical Neuroscience. 9 (8), 633-642 (2012).</li><li>Izquierdo, I., Medina, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+formation:+the+sequence+of+biochemical+events+in+the+hippocampus+and+its+connection+to+activity+in+other+brain+structures.">Memory formation: the sequence of biochemical events in the hippocampus and its connection to activity in other brain structures.</a> Neurobiology of learning and memory. 68 (3), 285-316 (1997).</li><li>Merolla, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+million+spiking-neuron+integrated+circuit+with+a+scalable+communication+network+and+interface.">A million spiking-neuron integrated circuit with a scalable communication network and interface.</a> Science. 345 (6197), 668-673 (2014).</li><li>Benjamin, B. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurogrid:+A+mixed-analog-digital+multichip+system+for+large-scale+neural+simulations.">Neurogrid: A mixed-analog-digital multichip system for large-scale neural simulations.</a> Proceedings of the IEEE. 102 (5), 699-716 (2014).</li><li>Furber, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+neuromorphic+computing+systems.">Large-scale neuromorphic computing systems.</a> Journal of neural engineering. 13 (5), 051001 (2016).</li><li>Di Ventra, M., Pershin, Y. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+parallel+approach.">The parallel approach.</a> Nature Physics. 9 (4), 200-202 (2013).</li><li>Chua, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristor-the+missing+circuit+element.">Memristor-the missing circuit element.</a> IEEE Transactions on circuit theory. 18 (5), 507-519 (1971).</li><li>Di Ventra, M., Pershin, Y. V., Chua, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circuit+elements+with+memory:+memristors,+memcapacitors,+and+meminductors.">Circuit elements with memory: memristors, memcapacitors, and meminductors.</a> Proceedings of the IEEE. 97 (10), 1717-1724 (2009).</li><li>Najem, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristive+Ion+Channel-Doped+Biomembranes+as+Synaptic+Mimics.">Memristive Ion Channel-Doped Biomembranes as Synaptic Mimics.</a> ACS Nano. , (2018).</li><li>Strukov, D. B., Snider, G. S., Stewart, D. R., Williams, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+missing+memristor+found.">The missing memristor found.</a> Nature. 453 (7191), 80-83 (2008).</li><li>Prezioso, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Training+and+operation+of+an+integrated+neuromorphic+network+based+on+metal-oxide+memristors.">Training and operation of an integrated neuromorphic network based on metal-oxide memristors.</a> Nature. 521 (75550), 61-64 (2015).</li><li>Prodromakis, T., Toumazou, C., Chua, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two+centuries+of+memristors.">Two centuries of memristors.</a> Nature Materials. 11 (6), 478 (2012).</li><li>Berzina, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+an+organic+memristor+as+an+adaptive+memory+element.">Optimization of an organic memristor as an adaptive memory element.</a> Journal of Applied Physics. 105 (12), 124515 (2009).</li><li>van de Burgt, Y., Melianas, A., Keene, S. T., Malliaras, G., Salleo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+electronics+for+neuromorphic+computing.">Organic electronics for neuromorphic computing.</a> Nature Electronics. 1, (2018).</li><li>Dan, Y., Poo, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spike+timing-dependent+plasticity:+from+synapse+to+perception.">Spike timing-dependent plasticity: from synapse to perception.</a> Physiological reviews. 86 (3), 1033-1048 (2006).</li><li>Zucker, R. S., Regehr, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-term+synaptic+plasticity.">Short-term synaptic plasticity.</a> Annual Reviews of Physiology. 64 (1), 355-405 (2002).</li><li>Shepherd, J. D., Huganir, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+cell+biology+of+synaptic+plasticity:+AMPA+receptor+trafficking.">The cell biology of synaptic plasticity: AMPA receptor trafficking.</a> Annual Review of Cell Developmental Biology. 23, 613-643 (2007).</li><li>Taylor, G. J., Venkatesan, G. A., Collier, C. P., Sarles, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+in+situ+measurement+of+specific+capacitance,+monolayer+tension,+and+bilayer+tension+in+a+droplet+interface+bilayer.">Direct in situ measurement of specific capacitance, monolayer tension, and bilayer tension in a droplet interface bilayer.</a> Soft Matter. 11 (38), 7592-7605 (2015).</li><li>Najem, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+bacterial+channel+MscL+in+mechanically+stimulated+droplet+interface+bilayers.">Activation of bacterial channel MscL in mechanically stimulated droplet interface bilayers.</a> Scientific Reports. 5, 13726 (2015).</li><li>Taylor, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacitive+Detection+of+Low-Enthalpy,+Higher-Order+Phase+Transitions+in+Synthetic+and+Natural+Composition+Lipid+Membranes.">Capacitive Detection of Low-Enthalpy, Higher-Order Phase Transitions in Synthetic and Natural Composition Lipid Membranes.</a> Langmuir. 33 (38), 10016-10026 (2017).</li><li>Taylor, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+interrogation+of+asymmetric+droplet+interface+bilayers+reveals+surface-bound+alamethicin+induces+lipid+flip-flop.">Electrophysiological interrogation of asymmetric droplet interface bilayers reveals surface-bound alamethicin induces lipid flip-flop.</a> Biochimica et biophysica acta (BBA)-Biomembranes. , (2018).</li><li>Sarles, S. A., Garrison, K. L., Young, T. T., Leo, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+Encapsulation+of+Biomolecular+Arrays+for+Developing+Arrays+of+Membrane-Based+Artificial+Hair+Cell+Sensors.">Formation and Encapsulation of Biomolecular Arrays for Developing Arrays of Membrane-Based Artificial Hair Cell Sensors.</a> Proceedings of the Asme Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems (Smasis 2011), Vol 2. , 663-671 (2011).</li><li>Sarles, S. A., Leo, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membrane-based+biomolecular+smart+materials.">Membrane-based biomolecular smart materials.</a> Smart Materials &amp; Structures. 20 (9), (2011).</li><li>Sarles, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physical encapsulation of interface bilayers. , (2010).</li><li>JoVE Science Education Datatbase. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Chemistry+II.+Cleaning+Glassware.">Organic Chemistry II. Cleaning Glassware.</a> Journal of Visualized Experiments. , (2018).</li><li>Taylor, G. J., Sarles, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heating-enabled+formation+of+droplet+interface+bilayers+using+Escherichia+coli+total+lipid+extract.">Heating-enabled formation of droplet interface bilayers using Escherichia coli total lipid extract.</a> Langmuir. 31 (1), 325-337 (2014).</li><li>Shlyonsky, V., Dupuis, F., Gall, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+OpenPicoAmp:+an+open-source+planar+lipid+bilayer+amplifier+for+hands-on+learning+of+neuroscience.">The OpenPicoAmp: an open-source planar lipid bilayer amplifier for hands-on learning of neuroscience.</a> Plos One. 9 (9), e108097 (2014).</li><li>Najem, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micropipette-based+Method+for+Incorporation+And+Stimulation+of+Bacterial+Mechanosensitive+Ion+Channels+in+Droplet+Interface+Bilayers.">Micropipette-based Method for Incorporation And Stimulation of Bacterial Mechanosensitive Ion Channels in Droplet Interface Bilayers.</a> Journal of Visualized Experiments. (105), (2015).</li><li>Bayley, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+interface+bilayers.">Droplet interface bilayers.</a> Molecular Biosystems. 4 (12), 1191-1208 (2008).</li><li>Nguyen, M., Srijanto, B., Retterer, S., Collier, C. P., Sarles, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrodynamic+trapping+for+rapid+assembly+and+in+situ+electrical+characterization+of+droplet+interface+bilayer+arrays.">Hydrodynamic trapping for rapid assembly and in situ electrical characterization of droplet interface bilayer arrays.</a> Lab on a Chip. 16, 3576-3588 (2016).</li><li>Weiss, R., Najem, J. S., Hasan, M. S., Schuman, C. D., Belianinov, A., Collier, C. P., Sarles, S. A., Rose, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Soft-Matter+Biomolecular+Memristor+Synapse+for+Neuromorphic+Systems.">A Soft-Matter Biomolecular Memristor Synapse for Neuromorphic Systems.</a> , (2018).</li></ol>

Bu kağıt için montaj ve biyomoleküler memristors iki yağda Su damlacıkları arasında oluşturulmuş iyon kanal katkılı sentetik biomembranes göre karakterize bir protokol sunar. Yumuşak-madde, iki-terminal aygıt tasarlanmış ve için eğitimi: yüksek gürültü, yüksek enerji tüketimi ve yüksek gerilim, geçiş 2) daha yakından kompozisyon, taklit gibi katı hal teknolojisi ile ilişkili 1) üstesinden kısıtlamaları yapısı mekanizmaları biyolojik sinapslarda ve 3 anahtarlama) mekanizmaları ve kat...

Yaygın biyolojik sinapslarda yüksek verimlilik ve yeteneklerini öğrenmek ve son derece uyumlu şekilde bilgi işlem nedeniyle beynin muazzam parallelism en büyük ölçüde sorumlu kabul edilmektedir. Koordine bu işlevi birden çok, son derece karmaşık moleküler mekanizmaları her iki kısa ve uzun vadeli sinaptik plastisite1,2,3,4,5o sürücü ortaya çıkıyor. Neuromorphic bilgisayar sistemleri sinaptik işlevleri, yoğunluk, karmaşıklık ve enerji verimliliği beyin, beyin gibi bilgisayar6,7 yeni nesil için gereksinim duyulan yaklaşan düzeyde taklit hedefliyoruz , 8. geleneksel elektronik devre elemanları kullanarak sinaptik özellikleri üreyen neredeyse imkansız9yerine tasarım ve imalat gelen sinyallere adapte ve hatırlıyorum yeni donanım öğeleri gerektiren, be bilgi geçmişleri9. Bu tür donanım synapse esinlenen mem-elementlerin9,10,11 (kısaltması bellek öğeleri), hangi Di Ventra ve ark.9,11göre pasif bilinen, dış uyaranlara yanıt olarak yapılandırılması, direnç, kapasite veya indüktans ve hangi önceki Birleşik11hatırlıyorum iki terminal cihazları. Bu beyinde yaklaşan enerji tüketim seviyeleri elde etmek için bu öğeleri benzer malzeme ve mekanizmalar, sinaptik plastisite12için istihdam.
Bugüne kadar iki-terminal memristors13,14,15 ağırlıklı olarak inşa edilmiş yüksek anahtarlama gerilim ve yüksek gürültü ile karakterize tamamlayıcı metal oksit yarı iletkeni (CMOS) teknolojisini kullanarak. Bu teknoloji de yüksek güç tüketimi ve düşük yoğunluk nedeniyle ölçek değil. Bu sınırlamaları gidermek için birden çok organik ve polimerik memristors son zamanlarda inşa edilmiştir. Ancak, bu aygıtların zaman alıcı iyon Difüzyon yoluyla bir iletken polimer matris16,17nedeniyle önemli ölçüde yavaş anahtarlama dynamics sergi. Sonuç olarak, hangi tarafından her iki CMOS tabanlı ve organik memristive cihaz synapse esinlenen işlevleri taklit mekanizmaları sadece birkaç sinaptik işlevleri gibi Spike zamanlama bağımlı plastisite (STDP) kapsayan son derece fenomenolojik 18, diğer önemli bakan bulunuyor olsa da önceden sinaptik, kısa vadeli plastisite19gibi bir güçlü ve verimli bilgisayar beyin yapımında önemli rol oynarlar.
Son zamanlarda, biz yeni bir sınıf biyomoleküler kompozisyon, membran yapısı ve iyon tetiklenen kanal geçiş taklit eden gerilim-harekete geçirmek peptidler biomimetic lipid dahil featuring memristive cihazlar12 tanıttı mekanizmaları biyolojik sinapslarda20.  Burada, nasıl bir araya getiren ve bu iki terminal aygıtların elektriksel olarak sorguya açıklar nasıl online içinde uygulama için kısa vadeli plastisite değerlendirmek için belirli odaklı uygulamaları12öğrenme. Cihaz Montaj kapsamlı son yıllarda modeli membranlar21 ve membran bağlı iyon kanalları22,23biyofizik eğitim için kullanılan bu damlacık arabirimi bilayer (DIB)21 yöntem üzerinde dayanır, 24ve uyaranlara duyarlı malzeme25,26gelişimi için yapı taşları olarak. Biz neuromorphic uygulamalarında ilgilenenler için membran montaj ve sorgulama süreci ayrıntılı tarif ama sınırlı deneyiminiz Biyomalzeme veya membran Biyoloji. Protokol Ayrıca aygıt27dinamik ve reconfigurable elektriksel özellikleri verilen derleme işlemi olarak önemlidir karakterizasyonu yordamı tam bir açıklaması vardır. Burada açıklanan yordamı ve temsilcisi sonuçları düşük maliyetli, düşük güç, yumuşak mem-elementlerin lipid arabirimleri ve diğer biomolecules neuromorphic bilgi işlem, özerk yapıları ve sistemleri uygulamaları için temel alan yeni bir sınıf için temeller vardır, ve hatta adaptif beyin-bilgisayar arayüzleri.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1429px;" width="1428">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:377px;">1,2-diphytanoy-sn-glycero-3-phosphocholine (DPhPC)</td>
			<td style="width:206px;">Avanti Polar Lipids</td>
			<td style="width:183px;">850356P/850356C</td>
			<td style="width:663px;">Purchased as lyophilized powder (P) or in chloroform (C)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:377px;">Agarose&#160;</td>
			<td style="width:206px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:183px;">A9539</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Agarose (0.5g Agarose Tablets)</td>
			<td style="width:206px;">Benchmark</td>
			<td style="width:183px;">A2501</td>
			<td>You can either use the powder form or the tablets&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Alamethicin&#160;</td>
			<td style="width:206px;">AG Scientific</td>
			<td style="width:183px;">A-1286</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Analytical balance&#160;</td>
			<td style="width:206px;">Mettler Toledo</td>
			<td>ME204TE/00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Axopatch 200B Amplifier&#160;</td>
			<td style="width:206px;">Molecular Devices</td>
			<td style="width:183px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:377px;">BK Precision 4017B 10 MHz DDs Sweep/Function Generator</td>
			<td style="width:206px;">Digi-Key</td>
			<td style="width:183px;">BK4017B-ND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Borosilicate Glass Capillaries</td>
			<td style="width:206px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:183px;">1B100F-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Brain Total Lipid Extracts (Porcine)</td>
			<td style="width:206px;">Avanti Polar Lipids</td>
			<td style="width:183px;">131101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">DigiData 1440A system</td>
			<td style="width:206px;">Molecular Devices</td>
			<td style="width:183px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Extruder Set With Holder/Heating Block&#160;</td>
			<td style="width:206px;">Avanti Polar Lipids</td>
			<td style="width:183px;">610000</td>
			<td>This includes a mini-extruder, 2 syringes, 100 PC membranes, 100 filter supports, and 1 holder/heating block</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Freezer (-20 &#176;C)</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">SCUCBI0420AD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Glassware</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">-</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Hexadecane, 99%</td>
			<td style="width:206px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:183px;">544-76-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">BDH1133-4LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Microelectrode Holder&#160;</td>
			<td style="width:206px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:183px;">MEH1S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">MOPS</td>
			<td style="width:206px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:183px;">M1254</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:377px;">Nitrogen (N2) Gas</td>
			<td style="width:206px;">Airgas</td>
			<td style="width:183px;">UN1066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Parafilm M All-Purpose Laboratory Film</td>
			<td style="width:206px;">Parafilm</td>
			<td style="width:183px;">PM999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Powder Free Soft Nitrile Examination Gloves&#160;</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">CA89-38-272</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Precleaned Microscope Sildes&#160;</td>
			<td style="width:206px;">Fisher Scientific&#160;</td>
			<td style="width:183px;">22-267-013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Refrigirator (4 &#176;C)</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">SCUCFS-0504G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Silver wire</td>
			<td style="width:206px;">GoodFellow</td>
			<td>147-346-94</td>
			<td>Different diameters could be used depending on the application&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Sodium Chloride (KCl)</td>
			<td style="width:206px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:183px;">P3911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">Stirring Hot Plate</td>
			<td style="width:206px;">Thermo Scientific&#160;</td>
			<td style="width:183px;">SP131325</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">VWR Light-Duty Tissue Wipers</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">82003-820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:377px;">VWR Scientific 50D Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:206px;">VWR International</td>
			<td style="width:183px;">13089</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assembly and characterization of biomolecular memristors consisting of ion channel-doped lipid membranes

Neuromorphic karşılaştırılabilir verimliliği ve yoğunluğu ile bilişsel güçler beynin taklit etmeye sistemleri bilgi işlem için gerekli olan sentetik devre elemanları sinaptik işlevleri yeniden oluşturmak için yeteneğidir. Bugüne kadar silikon bazlı üç-terminal transistörler ve iki-terminal memristors yaygın neuromorphic devrelerde, bilgi işleme ve bellek ortak bulmak için yeteneklerini nedeniyle büyük ölçüde kullanılmaktadır. Onlar çünkü bu cihazlar beyin karmaşıklığını ve Birleştiricisi elde edemez henüz güce susamış, başarısız anahtar sinaptik functionalities taklit ve yüksek gürültü ve yüksek gerilim anahtarlama muzdarip. Bu sınırlamalar üstesinden gelmek için biz geliştirdik ve bileşimi, yapısı ve biyolojik sinapslarda anahtarlama özelliklerini taklit eden bir biyomoleküler memristor ile karakterizedir. Burada, biz montaj işlemi tanımlamak ve biyomoleküler memristors 5 nm-kalın lipid bilayer oluşan karakterize lipid functionalized Su damlacıkları yağı arasında oluşturulmuş ve gerilim-harekete geçirmek alamethicin peptidler ile katkılı. Benzer derleme protokolleri biyofiziksel özellikleri membran bağlı iyon kanalları ve damlacık destekli lipid membranlar araştırmak için kullanılan iken, bu makale damlacık arabirim bilayer yöntemi için gerekli olan önemli değişiklikler üzerinde duruluyor tutarlı memristor performansını elde etmek. Özellikle, biz lipozom hazırlık süreci ve alamethicin peptidler lipid bilayer membranlarda birleşme ve etkilerini yanı sıra her kurucu uygun konsantrasyonlarda memristors genel yanıt açıklar. Biz de biyomoleküler memristors ölçüm ve analiz çevrimsel voltammetry, hem de kısa vadeli plastisite yolu ile elde edilen ve step-wise yanıt olarak öğrenme memristive akım-gerilim ilişkileri de dahil olmak üzere, karakterizasyonu sürecinin detay gerilim darbe trenler.

Şekil 1 bir araya getiren ve biyomoleküler memristor karakterize için kullanılan deneysel Kur görüntüler. Ücretsiz sonuna elektrot yağ haznesi altına düşürülmesi 1b rakam, gösterildiği gibi elektrotlar ve özellikle durumlarda ölçülen akım ve bilayer alanın farklılığı neden olabilir damlacıkları titreşimleri en aza indirmek yararlı bulundu nerede ısıtma yağı konvektif akışı petrol oluşturabilirsiniz. Şek...

Watch this Scientific Journal Video about Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes at JoVE.com

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

Yumuşak, düşük güçte, benzer kompozisyon, yapısı ve biyo-sinapslarda mekanizmaları geçiş biyomoleküler memristors kaldıraç. Burada sunulan bir araya getiren ve biyomoleküler memristors karakterize için bir protokol lipid bilayers Su damlacıkları yağı arasında oluşan yalıtım elde edilir. Gerilim-harekete geçirmek alamethicin peptidler sonuçlarında memristive iyonik gürültülerinden membran arasında birleşme.

Derleme ve biyomoleküler iyon kanal katkılı Lipid membranlar oluşan Memristors karakterizasyonu

The ability to recreate synaptic functionalities in synthetic circuit elements is essential for neuromorphic computing systems that seek to emulate the ...

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.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Bioengineering

Unit 1

Alternating-Current Circuits

SCIENTISTS IN ACTION

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biyomoleküler Algılama istihdam İnterferometrik Yansıtma Görüntüleme Sensörü (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

Monolayer sentezi, Montaj ve Karakterizasyonu Protein Monolayer Elektrokimya Korumalı Altın Nanopartikül Filmler

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

Isolation of Cellular Lipid Droplets: Two Purification Techniques Starting from Yeast Cells and Human Placentas

Hücresel Lipid damlacıklar İzolasyonu: Maya Hücreleri ve insan plasentası itibaren iki Arıtma Teknikleri

Lipid droplets are dynamic organelles that can be found in most eukaryotic and certain prokaryotic cells. Structurally, the droplets consist of a core of ...

Isolation and Characterization Of Chimeric Human Fc-expressing Proteins Using Protein A Membrane Adsorbers And A Streamlined Workflow

Protein A Membran Adsorberleri ve Kolaylaştırılmış bir İş Akışı Kullanarak Kimerik İnsan Fc Ekspresyon Proteinlerinin İzolasyonu ve Karakterizasyonu

Laboratory scale to industrial scale purification of biomolecules from cell culture supernatants and lysed cell solutions can be accomplished using ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

Micropatterning ve 3D mikrodamarlar Meclisi

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Merging Ion Concentration Polarization between Juxtaposed Ion Exchange Membranes to Block the Propagation of the Polarization Zone

Yan yana İyon Değişimi Membranlar arasında İyon Konsantrasyon Polarizasyon birleştirme Polarizasyon Bölgesi İlerlemesinin yasakla

The ion concentration polarization (ICP) phenomenon is one of the most prevailing methods to preconcentrate low-abundance biological samples. The ICP ...

A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

Bio-memristors sümük kalıp üzerinden büyüyen bir yöntem

Our research is aimed at gaining a better understanding of the electronic properties of organisms in order to engineer novel bioelectronic systems and ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Nano-formülasyonları endotoksin tespiti Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) deneyleri kullanarak

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Growth and Characterization of Irradiated Organoids from Mammary Glands

Mammary bezlerinden ışınlanmış Organoidlerin büyüme ve karakterizasyonu

Organoids derived from the digested tissue are multicellular three-dimensional (3D) constructs that better recapitulate in vivo conditions than cell ...

Focused Ion Beam Lithography to Etch Nano-architectures into Microelectrodes

Etch Nano mimarilerine mikroelektrotlara odaklanmış iyon ışını Litografisi

With advances in electronics and fabrication technology, intracortical microelectrodes have undergone substantial improvements enabling the production of ...