Bir takım EPFL bunu ortaya çıkardı biyolojik araştırmacılar tarafından tasarlanan nanogözenekler sergileniyor elektrik sinyali öğrenmeye benzer davranışlara benzeyen yanıtlar.
Nanogözenekler birden fazla madde aldıktan sonra davranışlarını değiştiriyor elektrik ekibin araştırmasına göre basit iyon kanalları olarak işlev görmek yerine darbeler çalışmakşurada yayınlandı Doğa Nanoteknolojisi. Bulgular bunu göstermek tasarlanmış nanogözenekler geçmiş sinyalleri koruyabilir, bu da onların İyon bazlı geliştirmede temel bileşenler olarak hizmet eder bilgisayar sistemler.
Keşif, yeteneklerini genişletiyor tasarlanmış nanogözenekler, mevcut kullanımlarıyla birlikte DNA dizilimi Ve moleküler Bu yapılar gelecekte protein bazlı bilgisayarların yapımına yardımcı olabilir. Nanogözenekler aynı zamanda yeni formların oluşmasına da yol açabilir. biyoteknoloji Bilgiyi iyon akışı yoluyla işleyerek.
Küçücük Bir Kanalda Uzun Süreli Bir Gizem
Nano gözenekler şarj edilmesine izin verir parçacıklar karşıya geçmek hücre membranlar. Yarattıkları elektriksel desenlerin çoğu tahmin edilebilir ancak bazı nanogözenekler beklenmedik davranışlar sergiliyor. Bazıları akımda aniden yavaşlar, zamanlamayı değiştirir ve hatta voltaj kaymaları meydana geldiğinde iyon akışının yönünü tersine çevirir.
Bilim insanları, uzun yıllardır açıklanamayan bir çift ilgili olguyu anlamakta zorluk çekiyorlar. Bunlardan ilki, doğrultma olarak bilinen iyonların bir yönde diğerine göre daha kolay hareket etmesidir. Öte yandan geçit, sanki gözenek geçici olarak çöküyormuş gibi akımın aniden yavaşladığı veya durduğu yerdir.
Bu öngörülemeyen davranışlar, nanogözeneklerin DNA dizilimi gibi sabit bir akım gerektiren görevler için kullanılmasını zorlaştırıyor. EPFL araştırmacıları Matteo Dal Peraro ve Aleksandra Radenovic, ekipleriyle birlikte, gözlemlenen sorunların gözenek içindeki kimyasal değişikliklerden mi yoksa tespit edilemeyen yapısal değişikliklerden mi kaynaklandığını araştırdı.
Bir Protein Kanalının Yeniden Kablolanması
Araştırmacılar, kompakt yapısı ve iyi belgelenmiş bileşimi nedeniyle deney için gözenek oluşturucu bir bakteriyel protein olan aerolizini kullandılar, bu da onu laboratuvar modifikasyonlarına uygun hale getiriyor. Ekip, aerolizinin 26 farklı versiyonunu oluşturmak için kanal içindeki yüklü amino asitlerin düzenini değiştirdi. Değiştirilen her gözenek, iyonların içinden nasıl hareket ettiğini etkileyen farklı bir elektrik düzenine sahipti.
Daha sonra sistemlerindeki elektriksel ve mekanik etkileri ayırt etmek için alternatif voltaj taramaları uygulandı. Ekip, voltaj yön değiştirdiğinde düzeltmenin hemen başladığını, ancak geçit davranışının birden fazla döngüye kadar ortaya çıkmadığını ve gelişmesinin birkaç saniye sürdüğünü gözlemledi. Araştırmacılar bu zamanlama farkını her davranışı bağımsız olarak incelemek için kullandılar.
Şarj ve Hareket
Ekip, düzeltmenin gözenek yapısındaki eşit olmayan yük dağılımından kaynaklandığını keşfetti. İyon akışının yönü, gözeneğin her iki tarafında bulunan yüklü amino asitlerin sayısına bağlıdır. Kullanılan amino asitlerin yerleşimi ve türü, bilim adamlarının bu etkiyi kontrol etmesine, geliştirmesine ve hatta tersine çevirmesine olanak tanır.
Geçitleme işlemi ayrı bir mekanizma aracılığıyla çalışır. İyonların gözenek boyunca hareketi yüklerde dengesizlik yaratarak protein deformasyonuna ve akımın geçici olarak tıkanmasına neden olur. Protein yapısı, iç stresteki değişikliklere yanıt olarak hızla açılıp kapanan bir menteşe gibi davranır.
İki laboratuvar testi bu sonuçları doğruladı. Dahili yük değiştiğinde geçit yönü de tersine döndü. Protein sertleştiğinde geçitleme tamamen durdu. Bu durum, hem proteinin esnekliğinin hem de yüklerinin düzeninin bu süreç için önemli olduğunu göstermektedir.
Elektriksel Geçmişine Uyum Sağlayan Bir Protein
Araştırmacılar, tekrarlanan elektrik darbelerine güçlü tepkiler gösteren gözenekler üzerinde çalıştı. Gözenek iletkenliği ölçümleri, uygulanan voltajla doğrudan bir ilişki gösterdi ve ayrıca önceki elektrik maruziyetine bağlı olarak değişiklikleri de gösterdi.
Kanalın yanıt modeli, birbirini izleyen her darbe uygulamasında daha belirgin hale geldi. Kanal, elektrik geçmişini performansına yansıtmaya başladı. Gözeneğin kendisi aslında düşünmüyordu; ancak yapısı ve ücret düzenlemesi temel bir öğrenme biçimini mümkün kıldı.
İyon Tabanlı Hesaplama
Mühendisler, düzeltme ve geçitleme ilkelerini uygulayarak belirli işlevlere sahip gözenekler oluşturabilirler. DNA dizileme ve algılama sistemlerindeki yük dağılımı da istenmeyen geçiş etkilerini en aza indirecek şekilde değiştirilebilir. Ek olarak, bu davranışlar iyon bazlı uygulamalarda yararlı özellikler için kullanılabilir. bilgisayar.
Proteinin yerleşik özellikleri, iyon bazlı işlemcilerin ek devre gerektirmeden kullanabileceği öğrenme benzeri etkiler üretir. Tasarlanmış bir gözenek, çok az enerji tüketirken hem sensör hem de hafıza cihazı olarak işlev görebilir.
Araştırma, nanogözeneklerin değişiklikleri tespit etmek, öğrenmek ve bilgiyi hatırlamak için tasarlanabileceğini ve bunların biyomimetik uygulamalar için uygun hale getirilebileceğini gösteriyor.
Austin Burgess, satış, pazarlama ve veri analitiği konularında geçmişi olan bir yazar ve araştırmacıdır. İşletme Yüksek Lisansı ve İşletme alanında Lisans Diplomasının yanı sıra Veri Analitiği alanında sertifikaya sahiptir. Çalışmaları analitik eğitimi yeni ortaya çıkan bilim, havacılık ve astronomik araştırmalara odaklanarak birleştiriyor.
Source link
