Mind-Control-Mind-Computer

Neurocomputing

Neurocomputing

Bookmark the permalink.

One Response to Neurocomputing

  1. Mattias says:

    Fortsatt miniatyrisering har flyttat halvledarindustrin långt in nano rike med ledande chiptillverkarna på väg till CMOS med 22nm processteknik. Med transistorer storleken på tiotals nanometer, har forskare börjat utforska mellan biologi och elektronik genom att integrera nanoelektronik komponenter och levande celler. Även forskare har redan experimenterat med att integrera levande celler i halvledarmaterial (se “Forskarna integrera levande hjärnceller i organiska halvledare”) Annan forskning undersöker motsatt riktning, nämligen att ta nanoelektronik i levande celler.
    Studier av enskilda celler är av stor betydelse inom biomedicin. Många biologiska processer ådra sig inuti celler och dessa processer kan skilja sig från cell till cell. Utvecklingen av mikro-och nanoskala verktyg mindre än celler kommer att bidra till att förstå de cellulära maskineriet på enskild cellnivå. Alla typer av mekaniska, biokemiska, elektrokemiska och termiska processer kan studeras med hjälp av dessa enheter.
    En typisk mänsklig cell är storleken på cirka 10 kvadrat mikrometer vilket innebär att hundratals dagens minsta transistorer kan få plats i en enda cell. Om den nuvarande nivån på miniatyrisering fortsätter, år 2020 cirka 2,500 transistorer – motsvarande mikroprocessorer av första generationen av persondatorer – skulle kunna passa in i området för en typisk levande cell.

    Dra slutsatsen att antalet transistorer som får plats på området för en typisk cell (10 μm2) jämfört med år. (Bild: J. A. Plaza, IMB-CNM. (CSIC))
    “Dagens mikro-och nanoelektronik det redan skulle ge oss möjlighet att producera komplexa 3-dimensionella Microscale strukturer som sensorer och aktuatorer” José Antonio Plaza berättar Nanowerk. “Complex, mindre än celler, kan massproduceras med nanometer precision i form och mått och till låg kostnad redan. Dessutom kan många olika material (halvledare, metaller och isolatorer) vara mönstrat på kisel chip med korrekta mått och geometrier .
    Plaza, forskare vid mikro-och nanosystem Department, Instituto de Microelectrónica de Barcelona IMB-CNM (CSIC), tillsammans med ett team av kollegor, har visat att kiselkretsar mindre än celler kan produceras, samlas in och internaliseras inuti levande celler med olika tekniker (lipofection, fagocytos eller mikroinjektion) och framför allt, de kan användas som intracellulära sensorer.
    Teamet har publicerat sina resultat i senaste numret av Liten (”Intracellular kiselkretsar i levande celler”).
    Plaza påpekar att många studier har behandlat tillverkning och cellulära upptaget av olika format och organiserade mikro-och nanopartiklar. Dessa partiklar är huvudsakligen framställts genom kemisk syntes och de har visat sig ha stor genomslagskraft inom nanomedicin.
    “Däremot säger han,” kiselkretsar har visat sig ha nära ändlös tillämpningar inom många områden av det moderna livet. Därmed var frågan i vårt arbete att visa att kiselkretsar, som tillverkas i skala av mikro-och nanopartiklar, kan används som intracellulär sensorer. Dessa chip är gjorda av en typisk halvledande material – kisel – och produceras av gemensamma industriella produktionstekniker baserad på fotolitografiska processer. ”
    Rodrigo Gómez-Martínez, förste författaren i tidningen, förklarar att, jämfört med mikro-och nanopartiklar, intracellulär kiselkretsar har flera fördelar:
    – Nanometriska precision i form och mått

    – Integration av många olika material med olika dimensioner och geometrier

    – 3D nanostrukturering

    – Integration av elektronik

    – Integration av mekaniska delar

    – Och alla fördelar av MEMS och NEMS

    I sina experiment, det spanska laget fabricerade olika partier polysilicon chips och sedan välja den mest lämpade enhetstypen med laterala mått 1,5 3μm och med en tjocklek på 0,5 ìm som placeras inuti levande celler. Celler togs från Dictyostelium discoideum och mänskliga Hela Cells.
    För att ytterligare visa mångsidigheten hos tekniken, studerade de integrering av olika material i ett enda chip och deras 3D nanostrukturering förmåga genom att använda andra vanliga mikroelektronik tekniker såsom FIB fräsning.

    SEM bilder av en 3μm x 3μm x 0.5μm polysilicon intracellulära chip visas före (vänster) och efter (höger) en 3D spole nanostrukturering av FIB nanomachining. Skalstock ~ 3μm. (återges med tillstånd från Wiley-VCH Verlag)
    “Preliminära experiment inkubation Hela Cells med polysilicon marker gav låg avkastning av internaliserad intracellulära chips” säger Patricia Vázquez och Teresa Suárez, biologerna i laget. “Vi använde sedan lipofection (inkapsling av material i en lipid vesikler kallas liposome) för att få högre ICC-innehållande celler.”
    När du har installerat marker i levande celler, gjorde forskarna till att cellerna fortfarande levande och friska. De fann att över 90% av de chip som innehåller innehåller HeLa cellpopulationen förblev lönsamt 7 dagar efter lipofection.
    “Baserat på våra erfarenheter kan vi dra slutsatsen att kiselbaserade top-down tillverkade intracellulära marker kan internaliseras med levande eukaryota celler utan att störa cellernas livskraft, och functionalized flis kan användas som intracellulära sensorer eftersom de kan interagera med cytoplasman säger Plaza. “Dessa marker har samma dimensioner som många syntetiserade mikro-och nanopartiklar, men de har fördelar av kisel-chip-teknik. Intracellular chips ger högre flexibilitet och mångsidighet i form och storlek och de kan nanostrukturerade i tre dimensioner och integrerad med flera material (halvledare , isolatorer, metaller) på chip-scale nivå. ”
    De viktigaste användningsområdena för framtida intracellulära marker kommer att vara att studera enskilda celler samt tidig upptäckt av sjukdomar och nya cellulära mekanismer reparation.
    Den spanska teamet vision är att intracellulära kiselbaserade chip ger oändliga möjligheter till utformning av innovativa produkter med intracellulära applikationer.
    “Inom en snar framtid kommer nya intracellulära marker möjligt, en karakterisering och kvantifiering på encelliga nivå, och in vivo realtidsövervakning av cellulära händelser, samt med särskild inriktning på områden av åtgärder eller effektiv drug delivery inom målceller säger Plaza.
    Vad det spanska teamet har gjort är bara ett första steg mot innovativa intracellulär kiselbaserade MEMS och NEMS. Nu kommer utmaningarna för framtida forskning att utveckla ny teknik för att producera MEMS och NEMS mindre än celler (små enheter med mekaniska, elektriska, magnetiska och / eller delar kemisk).
    Det är tydligt att effekten av dessa strukturer i cellen livskraft en grundläggande fråga. Även om de första intrycken var lovande, kommer ytterligare systematiska cytotoxicitet och tester biokompatibilitet vara nödvändig om nya material eller 3D-modeller kommer att användas för intracellulära applikationer.
    “Hur dessa enheter kommer att interagera med levande celler och utföra sensorisk verksamhet är en ny fascinerande fråga.