نانوتبلت‌های لیپید محاسبه گر با نانو – بیو

5 مارس 2019 توسط Thamarasee Jeewandara
 

 
توضیح تصویر: محاسبه منطقی تک نانوذره روی LNTs.
 
از نانو ذرات می‌توان به عنوان زیر لایه‌هایی برای محاسبه، با کنترل الگوریتمی و خودکار خواص منحصر به فرد آنها استفاده کرد. با این حال، معماری مقیاس پذیری برای ایجاد سیستم‌های محاسباتی مبتنی بر نانو ذرات در حال حاضر وجود ندارد. در یک مطالعه اخیر منتشر شده در Science Advances، Jinyoung Seo و همکارانش در گروه شیمی در دانشگاه ملی سئول در کره جنوبی گزارشی در مورد یک پلت فرم نانو ذرات ساخته شده با دروازه‌های منطقی و مدارهای سطح ذرات تک دادند. آنها این پلت فرم را بر روی دو لایه لیپید پشتیبانی کردند. دانشمندان با الهام از غشاهای سلولی در زیست شناسی که شبکه‌های سیگنالینگ را به هم متصل می‌کنند و آنها را کنترل می‌کنند، نام "نانوتبلت لیپید" (LNT) برای آن برگزیدند. برای انجام محاسبات نانو- بیو، از دو لایه لیپید به عنوان یک مدار شیمیایی و نانوذرات به عنوان واحد محاسبات استفاده کردند. دانشمندان برای انجام محاسبات نانو- بیو، از دو لایه لیپید به عنوان یک مدار شیمیایی و نانوذرات به عنوان واحد محاسبات استفاده کردند.

 
بر روی یک نانو تبلت لیپید در محلول، Seo و همکاران ثابت کردند که یک دروازه منطقی یک نانوذره، مولکول‌ها را به عنوان ورودی تشخیص می‌دهد و ذرات را به عنوان خروجی به هم متصل می‌کند. آنها عملیات منطقی بولی در کنار ورودی / خروجی دروازه‌های منطقی و یک مدار منطقی ترکیبی به عنوان یک چندگانه را در این مطالعه نشان دادند. دانشمندان پیش بینی کرده‌اند که روی کرد جدید قادر خواهد بود مدارهای نانو ذرات را بر روی دو لایه لیپیدی مدولاسیون کند تا در آینده، مدارهای نانو ذرات و علوم نانو، از پارادایم‌های جدید و دروازه‌های محاسبات مولکولی استفاده کند.
 
ماده می‌تواند در مقیاس‌های طولی زیادی با محاسبه ادغام شود، از قطرات کوچکِ دارای اندازه میکرونی در منطق حباب میکرو سیالی  و میکرو ذرات گرفته تا مولکول‌های شیمیایی و ماشین‌های مولکولی. به رغم طیف گسترده‌ای از کاربردها که می‌توانند از توانایی الگوریتم کنترل خواص مفید نوترونی، الکتریکی، مغناطیسی، و کاتالیزوری مواد نانو استفاده کنند، محاسبات انجام شده در نانو ذرات هنوز مورد بررسی قرار نگرفته است. این خواص در حال حاضر از طریق سیستم‌های مولکولی غیر قابل دسترسی است. در حالت ایده آل، سیستم های نانو ذرات با توانایی‌های محاسباتی می‌توانند مدارهای نانو ذرات را ایجاد کنند تا به صورت خودکار کارهای پیچیده‌ای را در پاسخ به محرک‌های خارجی انجام دهند تا جریان ماده و اطلاعات را در نانو مواد ترکیب کنند.
 
یک روی کرد موجود برای استفاده از نانوذرات به عنوان زیرلایه‌هایی برای محاسبه، این است که ذرات را با لیگاندهای پاسخ دهنده محرک سازند. گروهی از چنین نانوذرات اصلاح شده‌ای، عملیات منطقی اولیه را انجام می‌دهند و به انواع ورودی‌های شیمیایی و فیزیکی پاسخ می‌دهند. دانشمندان به دنبال استفاده از نانو ذرات فردی به عنوان نانو قطعات مدولار هستند و محاسبات دلخواه را به شیوه نصب کن و اجرا کن اجرا می‌کنند. با این حال، مشکلاتی در سیم کشی دروازه منطقی چندگانه‌ی یکپارچه در مرحله راه حل وجود دارد زیرا کنترل انتشار ورودی‌ها، دروازه منطق و خروجی در فضای سه بعدی را به  چالش می‌کشد. برای حل این چالش، دانشمندان از غشای سلولی الهام گرفتند؛ معادل بیولوژیکی یک مدار که می‌تواند انواع پروتئین گیرنده را به عنوان واحد‌های محاسباتی میزبان بپذیرد. در طبیعت، پروتئین‌های جدا سازی شده با گیرنده‌ها به عنوان یک شبکه برای انجام کارهای پیچیده ارتباط برقرار می‌کنند. غشاها همچنین می‌توانند فرآیندهای محاسباتی موازی را فراهم کنند و به همین علت دانشمندانِ مواد الهام گرفتند دوباره یک پدیده بیولوژیکی را باز سازی کنند.
 
در حالی که از غشاهای سلولی الهام بیولوژیک گرفته بودند، در مطالعه حاضر، Seo و همکارانش یک پلت فرم محاسبه نانو ذرات مبتنی بر دو لایه لیپید را نشان دادند. به عنوان یک اثبات اصل، از نانوذرات پلاسمونی نور پراکن برای ساخت اجزای مدار، DNA به عنوان لیگاند سطحی و ورودی‌های مولکولی در کنار تعاملات بیوتین-استرپتاویدین برای اتصال نانوذرات به لایه لیپید استفاده کردند. پس از اصلاح نانو ذرات به دو لایه لیپیدی پشتیبانی شده (SLB)، آنها چند ویژگی کلیدی در آزمایشات ارائه دادند:
 
1- آنها نانو ذرات را از یک محلول حاوی مقادیر مولکولی بخش بندی کردند.
2- تعاملات ذره به ذره محدود شده بود، به طوری که آنها تنها از طریق انتشار عرضی در فضای واکنش سیال دو بعدی رخ می‌دهد،
3- آنها نانو ذرات محدود شده را رد یابی کردند و آنها را با محلول دارای تک ذرات تجزیه و تحلیل کردند زیرا شمار زیادی از نانو ذرات نور پراکن، در میکروسکوپ تاریک میدان (DFM) در فضای کانونی محدود شده بودند.
 
دانشمندان محاسبات نانو- بیو را در رابطه با  نانو ساختارها و بیو- مولکول‌ها انجام دادند، جایی که اطلاعات مولکولی در محلول (ورودی) به یک جداسازی دینامیک نانو ذرات بر روی دو لایه لیپیدی (خروجی) ترجمه شد. به عنوان یک جزء کلیدی از LNT، Seo و همکاران یک محفظه جریان با یک زیر لایه‌ی متشکل از دو لایه لیپید پوشیده شده در زیر بستر ایجاد کردند. دانشمندان از غشای سلولی الهام گرفتند؛ معادل بیولوژیکی یک مدار که می‌تواند انواع پروتئین گیرنده را به عنوان واحد‌های محاسباتی میزبان بپذیرد.
 
دانشمندان از ساخت نانو لوله‌های چرب در مجموعه آزمایشی استفاده کردند. آنها از سه عنصر اصلی استفاده می‌کردند: یک حوضچه‌ی یکپارچه کوچک (SUVs)، اتاق‌های جریان شیشه‌ای و نانو ذرات پلاسمونی DNA DNA.  نانو ذرات اصلاح شده را به دو لایه لیپید متصل می‌کند تا دروازه‌های منطقی و مدارهایی را ایجاد کند که اطلاعات مولکولی را پردازش می کنند. این دانشمندان نانو ذرات کاربردی را به گیرنده‌های بدون حرکت (گزارشگرانی برای محاسبه) و یا شناورهای متحرک (حاملان اطلاعات محاسبات) طبقه بندی کردند. در این زمینه، شناورها "سیم" بودند که اطلاعات را از دروازه‌های بالادست به دروازه‌های پایین دست از طریق انتشارهای عرضی قوی حمل می‌کردند. آنها قبل از ساخت مدارهای تجربی، نانو ذرات را برای بررسی خواص مواد خود مشخص کردند. DNA.  نانو ذرات اصلاح شده را به دو لایه لیپید متصل می‌کند تا دروازه‌های منطقی و مدارهایی را ایجاد کند که اطلاعات مولکولی را پردازش می کنند.
 
سئو و همکاران برای اندازه گیری عملکرد دروازه های منطقی نانو ذرات در پاسخ به ورودی‌های مولکولی در راه حل، از میکروسکوپ تاریک زمینه (DFM) استفاده کردند. هنگامی که توالی‌های تصویر تاریک از عملیات منطقی به دست آمد، دانشمند آنها را با استفاده از یک خط لوله تجزیه و تحلیل تصویر سفارشی پردازش و سپس آنها را محاسبه کردند.
 
در مجموع، دانشمندان، گیت های منطقی بولی نانوذرات و یونهای تک نانوذره YES را طراحی کردند و عملیات مونتاژ و جداسازی را در حالت بلادرنگ انجام دادند.
 
بر گرفته از سایت فیز اُرگ

مترجم: علی رضایی میر قائد