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

Joseph S. Najem; Graham  J. Taylor; Nick Armendarez; Ryan  J. Weiss; Md  Sakib Hasan; Garrett  S. Rose; Catherine  D. Schuman; Alex Belianinov; Stephen  A. Sarles; C.  Patrick Collier

doi:10.3791/58998

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방법 논문

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

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DOI:

10.3791/58998

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2019년 3월 9일

Joseph S. Najem¹^,² , Graham J. Taylor²^,³ , Nick Armendarez⁴ , Ryan J. Weiss⁵ , Md Sakib Hasan⁵ , Garrett S. Rose⁵ , Catherine D. Schuman⁶ , Alex Belianinov⁷ , Stephen A. Sarles² , C. Patrick Collier²^,³^,⁷

¹Joint Institute for Biological Sciences, Oak Ridge National Laboratory, ²Department of Mechanical, Aerospace and Biomedical Engineering, University of Tennessee, ³Bredesen Center for Interdisciplinary Research, University of Tennessee, ⁴Department of Biosystems and Agriculture Engineering, University of Kentucky, ⁵Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of Tennessee, ⁶Computer Science and Mathematics Division, Oak Ridge National Laboratory, ⁷Center for Nanophase Materials Sciences, Oak Ridge National Laboratory

이 논문에서

요약

소프트, 낮은-전력, 바이오 memristors 활용 유사한 성분, 구조, 그리고 바이오 시 냅 스의 메커니즘을 전환 합니다. 여기는 조립 하 고 바이오 memristors 특성화 프로토콜에서 얻은 기름에서 물방울 사이 형성 하는 지질 bilayers 절연. Alamethicin 전압 활성화 펩 티 드의 memristive 이온 전도성 막에 걸쳐 발생합니다.

초록

합성 회로 요소에 시 냅 스 기능을 재현 하는 능력은 neuromorphic 컴퓨팅 유사한 효율성과 밀도와 두뇌의 인지 능력을 에뮬레이션 하는 시스템에 대 한 필수적입니다. 날짜 하려면, 실리콘 기반 3 단자 트랜지스터와 2 단자 memristors 널리 사용 되었습니다 neuromorphic 회로, 정보 처리 및 메모리 배치 하는 능력 때문에 큰 부분에서. 아직 이러한 장치 상호와 뇌의 복잡성 때문에 그들은 달성할 수 없는 파워 배고픈 실패 하 키 시 냅 스 기능을 모방 하 고 높은 노이즈와 높은 전압 스위칭에서 고통. 이러한 한계를 극복 하기 위해 우리 개발 하 고 바이오 memristor 구성, 구조, 및 생물 학적 시 냅 스의 스위칭 특성을 모방 하는 것이 특징. 여기, 우리가 조립의 과정을 설명 하 고 바이오 memristors 5 nm 두께 지질 bilayer의 구성 된 특성화 기름에 지질 기능성된 물방울 사이 형성 전압 활성화 alamethicin 펩 티 드와 마약에 취해. 이 문서는 물방울 인터페이스 메서드의 bilayer에 필수적인 주요 수정에 초점을 맞추고 비슷한 어셈블리 프로토콜 드롭릿 지원 지질 막과 막 도약 이온 채널의 생물 속성을 조사 하 사용 되었다, 일관 된 memristor 성능 달성. 특히, 우리 기술 liposome 준비 과정 및 지질 bilayer 막에 alamethicin 펩 티 드의 그리고 그들의 영향 뿐만 아니라 각 구성의 적절 한 농도 memristors의 전반적인 응답에. 우리는 또한 측정 및 주기적 voltammetry, 뿐만 아니라 단기적인가 소성을 통해 얻은 응답으로 현명한 학습 memristive 전류-전압 관계의 분석을 포함 한 바이오 memristors 특성화 과정 선발 전압 펄스 훈련 한다입니다.

서론

그것은 널리 생물 시 냅 스는 높은 효율성과 학습과 높은 적응 방법으로 정보를 처리 하는 능력으로 인해 뇌의 거 대 한 병렬 처리에 대 한 책임을 인정. 이 조정된 기능에서에서 나온다 여러, 매우 복잡 한 분자 메커니즘 드라이브 모두 단기 및 장기 시 냅 스가 소성¹^,²^,³^,^,⁴⁵. Neuromorphic 컴퓨팅 시스템 밀도, 복잡성, 그리고 두뇌의 에너지 효율 뇌와 같은 컴퓨터⁶^,⁷ 의 다음 세대를 위해 필요 하다 접근 하는 수준에서 시 냅 스 기능을 에뮬레이션 하는 것을 목표로합니다 ^, ^{그러나 8}., 사실상 불가능 한⁹, 대신 요구 하는 설계 및 제조의 들어오는 신호에 적응 하 고 기억할 수 있는 새로운 하드웨어 요소는 기존의 전자 회로 요소를 사용 하 여 시 냅 스 기능을 재현 정보 기록