Lipid-Nanopartikel -> Nanocomputer -> Nano-Bio-Schnittstellen und biologische Hybridsysteme

Ikonoklast, Federal Bananarepublic Of Germoney, Mittwoch, 26.06.2024, 07:28 (vor 18 Tagen) @ helmut-12951 Views

Achtung! Aluhut aufsetzen und gut festzurren!

"Man kann keine Nanotechnologie in Spritzen packen und selbsorganisierte Nanonetzwerke bauen lassen! Oder? Oder!" [[zwinker]]

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aau2124

Zusammenfassung
Die Verwendung von Nanopartikeln als Rechensubstrat ermöglicht die algorithmische und autonome Steuerung ihrer einzigartigen und nützlichen Eigenschaften. Es fehlt jedoch eine skalierbare Architektur für nanopartikelbasierte Rechensysteme. Hier berichten wir über eine Plattform für die Konstruktion von Logikgattern und Schaltkreisen aus Nanopartikeln auf der Ebene einzelner Partikel auf einer Lipid-Doppelschicht. Unsere "Lipid-Nanotabletten"-Plattform ist von Zellmembranen inspiriert, die zur Kompartimentierung und Kontrolle von Signalnetzwerken genutzt werden. Sie verwendet eine Lipid-Doppelschicht als chemische Leiterplatte und Nanopartikel als Recheneinheiten. Auf einem Lipid-Nanotablet erfasst ein logisches Gatter aus einem einzigen Nanopartikel Moleküle in Lösung als Eingänge und löst den Zusammenbau oder Abbau von Partikeln als Ausgang aus. Wir demonstrieren eine Reihe von Booleschen Logikoperationen, Fan-in/Fan-out von Logikgattern und eine kombinatorische Logikschaltung wie einen Multiplexer. Wir gehen davon aus, dass unser Ansatz zur modularen Implementierung von Nanopartikel-Schaltkreisen auf einer Lipid-Doppelschicht neue Paradigmen und Möglichkeiten im Bereich des molekularen Computings, der Nanopartikel-Schaltkreise und der System-Nanowissenschaften schaffen wird.

Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version)

https://physicsworld.com/a/lipid-nanotablet-makes-tiny-biocomputer/

Lipid-Nanotablette macht winzigen Biocomputer

Ein neues "Lipid-Nanotablet", das in seiner Funktionsweise einer biologischen Zellmembran ähnelt, kann Boolesche Logikoperationen ausführen. Das Gerät besteht aus Nanopartikeln, die mit chemischen Oberflächenliganden der DNA funktionalisiert sind und als Recheneinheiten fungieren, die an eine Lipid-Doppelschichtplatine gebunden sind. Es könnte in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz kommen, u. a. in den Bereichen Biocomputation, Nanorobotik, DNA-Nanotechnologie, Bioschnittstellen und intelligente Biosensoren.

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"Diese Nanostrukturen ermöglichen es den Membranen, dynamisch miteinander zu interagieren und als Netzwerk komplexe Funktionen auszuführen", sagt Nam. "Die 'Biocomputing'-Prozesse, die sie ausführen, sind massiv parallel und der Schlüssel dazu, wie sich lebende Systeme an Veränderungen in ihrer Umgebung anpassen."

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Wenn sie in eine Lösung mit DNA-Strängen gebracht werden, ändern die Recheneinheiten ihre Struktur, wenn sie diese Moleküle wahrnehmen. Dies ist das Eingangssignal für das logische Gatter der einzelnen Nanopartikel, das dann als Ausgangssignal den Auf- und Abbau der Partikel auslöst. Die Forscher nutzten die hochauflösende Dunkelfeldmikroskopie, die die starken und stabilen Lichtstreusignale der Nanopartikel erfasst, um sie und ihre Interaktionen zu verfolgen.

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Der Vorteil des neuen Ansatzes besteht darin, dass es nun möglich sein sollte, eine Vielzahl von Nanopartikeln mit ihren intrinsischen Merkmalen - wie ihren photonischen, katalytischen, photothermischen, optoelektronischen, elektrischen, magnetischen und materiellen Eigenschaften - in die Lipid-Nanotablette einzubauen.

"Auf diese Weise können wir ein Netzwerk von Partikeln (jedes mit seinen eigenen einzigartigen Eigenschaften) entwerfen, das auf einer solchen Plattform autonom auf externe molekulare Informationen reagiert", erklärt Nam. "Die Möglichkeit, diese Nanopartikelnetzwerke auf programmierte Weise zu steuern, wird für die Entwicklung von Anwendungen wie intelligente Sensoren, präzise molekulare Diagnostik und Nanoroboter für biologische Umgebungen sehr nützlich sein. Wir werden auch in der Lage sein, bisher unzugängliche Nano-Bio-Schnittstellen und biologische Hybridsysteme herzustellen."

Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version)


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Grüße

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