.Study sets the first germanium-based constraints on dark matter
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.Researchers isolate and decode brain signal patterns for specific behaviors
연구원들은 특정 행동에 대한 뇌 신호 패턴을 분리하고 해독합니다
로 남부 캘리포니아 대학 섬유가 엄청난 복잡성을 보여주는 뇌. 새로운 기계 학습 방법은 특정 행동과 관련된 뇌 신호의 패턴을 분리하고 행동을 훨씬 더 잘 디코딩 할 수 있습니다. 출처 : Omid Sani & Maryam Shanechi, USC Viterbi School of Engineering의 Shanechi Lab. NOVEMBER 10, 2020
주어진 시간에 우리의 뇌는 다양한 활동에 관여합니다. 예를 들어, 키보드로 입력 할 때 우리의 뇌는 손가락 움직임뿐만 아니라 그 당시 우리가 느끼는 목마름도 결정합니다. 결과적으로 뇌 신호에는 이러한 활동의 조합을 동시에 반영하는 동적 신경 패턴이 포함됩니다.
손가락 움직임과 같은 특정 행동과 관련된 뇌 신호에서 이러한 패턴을 분리하는 것은 당연한 과제입니다. 또한 신경 및 정신 장애가있는 사람들을 돕는 뇌-기계 인터페이스 (BMI)를 개발하려면 뇌 신호를 특정 행동 (해독이라고하는 문제)으로 변환해야합니다. 이 디코딩은 또한 특정 행동과 관련된 신경 패턴을 분리하는 우리의 능력에 달려 있습니다. USC Viterbi School of Engineering의 전기 및 컴퓨터 공학 조교수 인 Maryam Shanechi와 Viterbi 조기 경력 의자가 이끄는 연구원들은 위의 과제를 해결 하는 기계 학습 알고리즘 을 개발 했습니다. Nature Neuroscience에 발표 된 알고리즘 은 다른 방법에서 놓친 신경 패턴을 발견하고 뇌의 신호에서 비롯된 행동의 디코딩을 강화했습니다. 이 알고리즘은 새로운 신경 과학 발견을 가능하게하고 미래의 뇌-기계 인터페이스를 향상시킬 수있는 복잡한 뇌 활동의 모델링 및 디코딩에있어 중요한 발전입니다. Shanechi는 표준 알고리즘 이 동시에 발생하는 다른 기능과 관련된 패턴으로 가려진 특정 행동 과 관련된 일부 신경 패턴을 놓칠 수 있다고 말합니다 . Shanechi와 그녀의 Ph.D. 학생 Omid Sani는이 문제를 해결하기 위해 기계 학습 알고리즘을 개발했습니다. 이 논문의 수석 저자 인 Shanechi는 "우리는 처음으로 관심있는 특정 행동과 관련된 뇌 신호의 동적 패턴을 분리 할 수있는 알고리즘을 개발했습니다.
우리의 알고리즘은 이러한 행동을 디코딩하는 데 훨씬 더 효과적이었습니다. 뇌 신호에서. " 연구자들은 기계 학습 알고리즘이 다른 방법에서 놓친 신경 패턴을 찾을 수 있음을 보여주었습니다. 이는 신경 패턴을 검색 할 때 뇌 신호만을 고려하는 기존의 방법과 달리 새로운 알고리즘이 뇌 신호와 팔 움직임의 속도와 같은 행동 신호를 모두 고려할 수 있기 때문입니다. 그렇게함으로써이 알고리즘은 뇌와 행동 신호 사이의 공통 패턴을 발견했으며 뇌 신호가 나타내는 행동을 훨씬 더 잘 해독 할 수 있었다고 연구의 첫 번째 저자 인 Sani는 말합니다. 더 일반적으로 그는 알고리즘이 모든 신호 사이의 공통 동적 패턴을 모델링 할 수 있다고 덧붙입니다. 새로운 알고리즘을 테스트하기 위해 연구의 저자는 Shanechi의 Ph.D. 학생 Omid Sani와 Hamidreza Abbaspourazad, NYU의 신경 과학 교수 인 Bijan Pesaran과 NYU의 전 Post-Doc이었던 Yan Wong은 Pesaran Lab에서 수집 한 기존 데이터 세트 4 개에 의존했습니다. 데이터 세트는 다양한 팔 및 눈 운동 작업을 수행하는 동안 신경 활동의 기록 된 변화를 기반으로합니다. 미래에이 새로운 알고리즘은 뇌 신호에 의해 생성 된 움직임이나 언어의 해독을 크게 개선하여 이러한 신호를 신체 움직임과 같은 특정하고 원하는 행동으로 변환함으로써 마비 환자를 돕는 향상된 뇌-기계 인터페이스를 개발하는 데 사용될 수 있습니다. 이것은 마비 된 환자가 단지 움직임에 대해 생각함으로써 로봇 팔을 움직이거나 그것에 대해 생각함으로써 말을 생성 할 수있게합니다. 또한이 알고리즘은 기분 증상 과 관련된 뇌 신호 를 분리하여 주요 우울증과 같은 난치성 정신 건강 상태를 가진 환자를 도울 수 있습니다.이러한 증상을 실시간으로 추적 할 수 있습니다 (이전 Shanechi가 완료 한 연구에 요약되어 있음). 추적 된 증상은 환자의 필요에 맞게 치료를 조정하기위한 피드백으로 사용될 수 있습니다. Shanechi는 " 다른 뇌 기능과 관련된 동적 신경 패턴 을 분리함으로써이 기계 학습 알고리즘 은 우리가 뇌 의 기능 에 대한 기본적인 질문을 조사 하고 신경 및 정신 장애에서 상실된 기능을 복원 하기 위해 향상된 뇌-기계 인터페이스 를 개발하는 데 도움 이 될 수 있습니다. "라고 덧붙였 습니다. 더 알아보기 기계 학습, 인간의 감정 충족 : 컴퓨터가 정신 상태를 모니터링하도록 돕는 방법
추가 정보 : 우선적 인 부분 공간 식별을 통해 활성화 된 행동 관련 신경 역학 모델링, Nature Neuroscience (2020). DOI : 10.1038 / s41593-020-00733-0 , www.nature.com/articles/s41593-020-00733-0 저널 정보 : Nature Neuroscience 에 의해 제공 서던 캘리포니아 대학
https://medicalxpress.com/news/2020-11-isolate-decode-brain-patterns-specific.html
.Findings on short-range nuclear interactions will help scientists investigate neutron stars and heavy radioactive nuclei
단거리 핵 상호 작용에 대한 연구 결과는 과학자들이 중성자 별과 무거운 방사성 핵을 조사하는 데 도움이 될 것입니다
작성자 : Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology 크레딧 : Pixabay / CC0 공개 도메인, NOVEMBER 9, 2020
가스 속의 원자는 입자가 뭉쳐서 짝을 이루고 겉보기에 무작위로 다시 날아가는 나노 입자처럼 보일 수 있습니다. 그러나 물리학 자들은 원자가 매우 가깝고 복잡한 방식으로 서로를 잡아 당길 수있는 경우에도 이러한 행동을 예측하는 공식을 내놓았습니다. 단일 원자핵 내의 환경 은 비슷해 보이며 양성자와 중성자도 춤을 추고 있습니다. 그러나 핵은 매우 조밀 한 공간이기 때문에 과학자들은 원자의 핵에서 핵으로 알려진 이러한 입자의 거동을 파악하기 위해 고군분투했습니다. 멀리 떨어져있는 핵의 상호 작용을 설명하는 모델은 입자가 가까운 거리에서 쌍을 이루고 상호 작용할 때 분해됩니다.
이제 MIT가 이끄는 팀은 세계에서 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 여러 유형의 원자핵에서 양성자와 중성자의 행동을 시뮬레이션했습니다. 연구팀은 광범위한 핵 상호 작용 모델을 조사했고 놀랍게도 원자가 가스에서 어떻게 행동 하는지를 설명하는 공식을 일반화하여 핵에서 양성자와 중성자가 어떻게 상호 작용하는지 예측할 수 있다는 것을 발견했습니다.
ㅡ원자핵이 1 펨토 미터 미만 (1 억분의 1 미터) 인 경우 연구진은 또 다른 놀라운 사실을 발견했습니다. 헬륨과 같은 작은 핵이나 칼슘과 같은 더 붐비는 핵에 존재하는지 여부에 관계없이 입자는 동일한 방식으로 쌍을 이룹니다.
Reynier Cruz는 "이 단거리 쌍은 자신의 환경에 대해 신경 쓰지 않습니다. 대규모 파티에 있든 5 명 파티에 있든 상관 없습니다. 모두 동일한 보편적 인 방식으로 짝을 이룰 것입니다." MIT에서 물리학 대학원생으로 작업을 공동 주도한 Torres. 이 단거리 행동은 방사성 원자의 훨씬 조밀하고 복잡한 핵과 같은 모든 유형의 원자 핵에 보편적 일 가능성이 높습니다. "사람들은 이러한 유형의 모델이 물리학에서 가장 복잡한 물체 중 일부인 핵을 포착 할 것이라고 예상하지 못했습니다."라고 MIT의 물리학 조교수 인 Or Hen은 말합니다.
"원자와 핵 사이의 밀도가 20 배 이상 차이가 있음에도 불구하고 우리는 여전히이 보편적 인 행동을 찾아 핵 물리학의 많은 열린 문제에 적용 할 수 있습니다." 팀은 오늘 Nature Physics 저널에 결과를 발표했습니다 . MIT의 공동 저자로는 원자력 과학 연구소의 연구 제휴사 인 Axel Schmidt와 히브리 대학, Los Alamos, Argonne National Laboratories 및 기타 여러 기관의 공동 연구자들이 있습니다. 파티 쌍 암탉은 매우 작고 조밀 한 핵 환경에서 핵 사이를 당기고 잡아 당기는 것이 극히 어려운 극도로 짧은 범위에서 양성자와 중성자 사이의 복잡한 상호 작용을 이해하려고합니다.
수년 동안 그는 접촉 형식주의로 알려진 원자 물리학의 개념이 핵 물리학과 핵의 내부 작용에도 적용될 수 있는지 궁금해했습니다. 매우 광범위하게 접촉 형식주의는 구름에서 원자의 동작이 규모에 따라 다르다는 것을 증명하는 일반적인 수학적 설명입니다. 서로 멀리있는 원자는 특정 물리학을 따르고 매우 가까운 원자는 완전히 별개의 물리학 세트를 따릅니다. 각 원자 그룹은 다른 그룹의 행동을 알지 못하는 상호 작용을합니다. 예를 들어, 접촉 형식주의에 따르면, 구름에서 더 먼 다른 원자가 무엇을하고 있는지에 관계없이 항상 일정한 수의 매우 가까운 쌍이있을 것입니다. Hen은 접촉 형식주의가 원자핵 내의 상호 작용을 설명 할 수도 있는지 궁금해했습니다. "나는 당신이 원자 물리학 의 혁명이었던이 아름다운 형식주의를 볼 수 없다고 생각했습니다. 그러나 우리는 그것을 핵 물리학에 적용 할 수 없습니다 ."라고 Hen은 말합니다. "그냥 너무 많은 연결이었습니다." "인간의 비늘로" 연구진은 원자 접촉 형식론의 이론적 일반화 개발을 주도한 히브리 대학의 Ronen Weiss 및 Nir Barnea와 함께 상호 작용하는 입자의 일반적인 시스템을 설명했습니다. 그런 다음 그들은 일반화 된 접촉 형식에 의해 예측되는 장거리 핵의 패턴과는 완전히 별개의 방식으로 단거리 핵 사이에서 행동 패턴이 나타날지 여부를 확인하기 위해 작고 조밀 한 핵 환경에서 입자를 시뮬레이션하려고했습니다. 이 그룹은 헬륨에있는 3 개의 핵에서 칼슘에있는 40 개에 이르는 여러 가벼운 원자핵 내에서 입자 상호 작용을 시뮬레이션했습니다. 각 유형의 원자핵에 대해 무작위 샘플링 알고리즘을 실행하여 주어진 핵의 각 양성자와 중성자가 시간이 지남에 따라있을 수있는 위치에 대한 동영상을 생성했습니다. "특정 타임 샷에서 이러한 입자는 한 방향으로 분산되어 주어진 방식으로 상호 작용할 수 있습니다. 예를 들어이 입자는 그 하나와 짝을 이루고 대신 세 번째 입자가 발동됩니다. 그런 다음 다른 타임 샷에서 다른 방식으로 배포되었습니다. "라고 Los Alamos National Laboratory와 Michigan State University의 물리학자인 Diego Lonardoni는 설명합니다. "그래서 우리는 평형에 도달하기 위해이 계산을 반복해서 반복합니다." 어떤 종류의 평형이나 패턴이 나타나는지 확인하기 위해 팀은 각각의 모든 입자 사이에 가능한 모든 물리학을 시뮬레이션하여 각 핵 유형에 대해 수천 개의 스냅 샷을 생성해야했습니다. 이 수의 계산을 수행하려면 일반적으로 처리 시간이 수백만 시간이 걸립니다. Hen은 "계산을 마치려면 우주의 나이보다 더 많은 노트북이 필요합니다."라고 말합니다. "만개 프로세서에 계산을 분산하면 인간 규모로 결과를 얻을 수 있습니다." 그래서 팀은 Los Alamos와 Argonne National Laboratory (세계에서 가장 강력한 컴퓨터 중 일부)의 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 작업을 병렬로 배포했습니다. 시뮬레이션을 실행 한 후 시뮬레이션 한 각 유형의 핵에 대한 핵 분포를 플로팅했습니다. 예를 들어, 산소 핵의 경우, 그들은 1 페르미 간격 내에서 일정 비율의 핵을 발견했고 약간 더 가까운 다른 비율 등을 발견했습니다.
놀랍게도 그들은 장거리 핵의 경우 분포가 한 유형의 핵에서 다른 유형으로 광범위하게 다양하다는 것을 발견했습니다. 그러나 1 펨토 미터 미만의 단거리 핵종의 경우, 핵이 초경량 헬륨 핵 또는 밀도가 더 높은 탄소 핵에 거주하더라도 원자 유형에 걸친 분포는 정확히 동일하게 보였습니다. 즉, 단거리 핵은 접촉 형식주의를 통해 원자 행동을 설명하는 방식과 유사하게 대규모 환경과 독립적으로 행동했습니다. "우리의 발견은 기존 이론과 함께 본질적으로 완전한 분포를 얻을 수 있도록 허용하는 핵 분포의 단거리 부분을 파악하는 새롭고 간단한 방법을 제공합니다"라고 Hen은 말합니다. 이를 통해 우리는 중성미자의 특성을 테스트하고 다른 열린 질문 중에서 중성자 별의 냉각 속도를 계산할 수 있습니다.
더 알아보기 두 개의 이상한 쿼크가 있음에도 불구하고 안정적인 빛 핵 예측 추가 정보 : 핵 단거리 상관 관계의 다 물체 분해 및 위치-운동량 동등성, Nature Physics (2020). DOI : 10.1038 / s41567-020-01053-7 , www.nature.com/articles/s41567-020-01053-7 저널 정보 : Nature Physics 에 의해 제공 매사 추세 츠 공과 대학
https://phys.org/news/2020-11-short-range-nuclear-interactions-scientists-neutron.html
.Study sets the first germanium-based constraints on dark matter
암흑 물질에 대한 최초의 게르마늄 기반 제약을 설정하는 연구
작성자 : Ingrid Fadelli, Phys.org 연구자들이 암흑 물질 수색에 사용한 RED30 감지기의 사진. 주황색 부분은 구리 케이스입니다. 내부 실린더는 ~ 33g 게르마늄 결정체입니다. 상단의 사각형은 NTD (열 센서)입니다. 3 개의 흰색 조각은 내부에 크리스탈을 유지하기위한 테프론 지지대입니다. 알루미늄 전극은 격자 구조로 두 평면 표면에 석판화되어 있으며 그림에서 크리스탈 위에 격자를 볼 수 있습니다. 크레딧 : EDELWEISS Collaboration. NOVEMBER 9, 2020 FEATURE
과거에 수집 된 우주 론적 관측과 측정은 별, 은하, 인체 및 수많은 다른 물체 / 생물을 포함하는 일반 물질이 우주 전체 질량의 20 %에 불과하다는 것을 시사합니다. 나머지 질량은 빛을 흡수, 반사 또는 방출하지 않고 주변 환경에 대한 중력 효과를 통해서만 간접적으로 관찰 할 수있는 물질 유형 인 소위 암흑 물질로 구성되어 있다고 이론화되었습니다.
이 알기 어려운 유형의 물질의 정확한 본질은 아직 알려지지 않았지만 최근 수십 년 동안 물리학 자들은 표준 모델 (우주의 주요 물리적 힘을 설명하는 이론)을 넘어서는 많은 입자를 확인했으며 이는 좋은 암흑 물질 일 수 있습니다. 후보자. 그런 다음 두 가지 주요 유형의 고급 입자 검출기를 사용하여 이러한 입자를 검출하려고 시도했습니다. 그램 스케일 반도체 검출기 (일반적으로 실리콘으로 만들어져 저 질량 암흑 물질을 검색하는 데 사용됨)와 톤 스케일 가스 검출기 (에너지 검출 임계 값이 더 높음) 대량 암흑 물질 검색을 수행하는 데 더 적합합니다.)
유럽의 Université Lyon 1, Université Paris-Saclay 및 기타 연구소에서 근무하는 대규모 연구자 그룹 인 EDELWEISS Collaboration은 최근 게르마늄 (Ge) 기반 검출기를 사용하여 Sub-MeV 암흑 물질을 처음으로 검색했습니다. 팀은 암흑 물질을 감지 할 수 없었지만 향후 조사에 정보를 제공 할 수있는 여러 가지 제약 조건을 설정했습니다. "EDELWEISS는 직접적인 암흑 물질 탐색 실험입니다.
따라서 우리의 주요 목표는 암흑 물질을 탐지하여 그 존재에 대한 반박 할 수없는 증거를 가져 오는 것"이라고 연구를 수행 한 연구원 중 한 명인 Quentin Arnaud가 Phys.org에 말했습니다. "여전히 검출의 부재는 그 자체로 중요한 결과입니다. 기존 암흑 물질 입자 모델에 대한 제약 조건을 테스트하고 설정할 수 있기 때문입니다." 암흑 물질 입자가 지금까지 탐지를 피하는 데에는 두 가지 주요 이유가 있습니다.
첫째, 이러한 입자가 기존 입자 탐지기 내부의 것과 같은 일반 물질 과 상호 작용할 확률 은 매우 낮습니다. 둘째, 연구원들이 탐지기에 충돌하는 암흑 물질 입자에서 발생할 것으로 예상되는 신호는 자연 방사능에 의해 생성되는 신호보다 몇 배 더 낮습니다. 따라서 이러한 신호를 탐지하려면 매우 긴 탐지기 노출 시간과 방사성 순도 재료로 만들어진 기기를 사용해야하지만 주변 방사능과 우주선을 포착하는 것을 방지하기 때문에 지하 깊숙한 곳에서도 적절하게 차폐되고 작동되는 기기를 사용해야합니다. Arnaud는 "결국 (우리의 모든 노력에도 불구하고) 차별 할 수있는 배경이 항상 남아있을 것"이라고 설명했습니다. 따라서 우리는 우리가 감지하는 신호가 암흑 물질 입자에 의해 유도되는지 아니면 방사성 배경에서 발생 하는지를 판단 할 수있는 기능을 갖춘 감지기 기술을 개발합니다.
Arnaud와 그의 동료들은 실리콘 기반 입자 탐지기 대신 33.4g 게르마늄 극저온 탐지기를 사용하여 Sub-MeV 암흑 물질을 처음으로 검색했습니다. 그들은 전자와 상호 작용할 암흑 물질 입자를 구체적으로 검색했습니다. 그들이 사용한 탐지기는 프랑스의 Laboratoire Souterrain de Modane에서 지하에서 작동되었습니다. Arnaud는 "암흑 물질 입자 상호 작용 후 탐지기에 축적 된 에너지는 매우 작을 것으로 예상됩니다 (<1keV)"라고 말했습니다. "밝은 암흑 물질 입자 (MeV 이하 질량)를 검색 할 때 더 나쁩니다. 퇴적 된 에너지는 수 eV만큼 작을 수 있고, 에너지 퇴적물은 너무 작아서 몇 가지 최첨단 검출기 기술 만 사용할 수 있습니다. 그들에게 민감합니다. " EDELWEISS 공동 작업에서 사용하는 검출기는 기본적으로 극저온 (18mK 또는 -273,13 ° C)까지 냉각 된 게르마늄 원통형 결정으로 구성되며 결정의 각면에 알루미늄 전극이 있으며 팀은 높은 전압 차이를 적용했습니다. . 결정 내부의 입자와 핵 / 원자 사이의 충돌은 전자-정공 쌍을 생성하여 전극을 수집하는쪽으로 표류 할 때 작은 전하 신호 (즉, 전류)를 유도합니다. 또한 입자가 결정 격자와 충돌하면 온도가 약간 증가합니다 (즉, 1 마이크로 켈빈 미만). 이러한 온도 변화는 NTD (neutron transmutation doped) 센서로 알려진 매우 민감한 열 센서를 사용하여 측정 할 수 있습니다. 이론적으로 MeV 이하의 암흑 물질 입자에서 발생해야하는 에너지 침전물이 매우 작기 때문에 (즉, eV 규모에서) 관련 전하 신호가 너무 작아 측정 할 수없고 온도 상승이 너무 미미하여 측정 할 수 없습니다. NTD 센서로 측정. "이 문제를 해결하기 위해 검출기는 NTL (Neganov-Trofimov-Luke) 효과 (줄 효과와 어느 정도 유사 함)를 활용합니다. 극저온 반도체 검출기에서 전압에 걸친 N 개의 전자-홀 쌍의 드리프트 차이는 에너지가 초기 증착에 추가되는 추가 열을 생성합니다. "라고 Arnaud는 말했습니다. "
이 Neganov-Trofimov-Luke (NTL) 효과는 기본적으로 극저온 열량계 (ΔV = 0V에서 작동)를 전하 증폭기로 변환합니다. 작은 에너지 침전물은 결국 높은 (측정 가능한) 온도 상승을 일으키고 전압을 더 높입니다. 증폭 이득이 높아집니다. " Arnaud와 그의 동료들은 어두운 광자의 운동 학적 혼합에 새로운 제약을 설정했습니다. 전반적으로, 그들이 수집 한 발견은 eV 규모의 전자 신호를 생성하는 암흑 물질 상호 작용에 대한 지속적인 검색에서 극저온 게르마늄 검출기의 높은 관련성과 가치를 보여줍니다. EDELWEISS 협력은 이제 SELENDIS (Single ELEctron Nuclear Recoil DIScrimination)라고하는보다 강력한 탐지기 세트를 개발하고 있습니다. 이 새로운 탐지기의 가장 중요한 특징은 팀이 두 관측 물을 동시에 측정 할 필요없이 열 신호 만 측정하여 핵 반동과 전자 반동을 단일 전자-구멍 쌍으로 구별 할 수있는 혁신적인 식별 기술입니다 ( 예를 들어, 열 / 이온화, 이온화 / 신틸레이션 또는 열 / 신틸레이션), 이전에 제안 된 식별 기술의 경우와 같습니다.
Arnaud는 "현재 존재하는 검출기 기술은 단일 전자 검출 감도와 식별 기능을 결합 할 수 없습니다."라고 말했습니다. "고 질량 암흑 물질 검색에 최적화 된 직접 감지 실험은 배경에서 신호를 구별하는 데 매우 뛰어나지 만 상대적으로 높은 에너지 감지 임계 값을 가지고 있습니다. EDELWEISS를 포함한 저 질량 암흑 물질 검색 실험은 전례없는 낮은 에너지 감지 임계 값을 가지고 있지만 구별 할 수는 없습니다. SELENDIS를 통해 우리의 목표는 단일 전자 정공 쌍 감도와 배경 식별 기능을 결합한 첫 번째 검출기 를 개발하여 두 가지를 결합하는 것입니다 . "
더 알아보기 암흑 물질의 기원에 대한 새로운 이론 추가 정보 : EDELWEISS 실험을 통해 Sub-MeV 암흑 물질에 대한 최초의 게르마늄 기반 제약. 물리적 검토 편지 (2020). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.125.141301 . 저널 정보 : Physical Review Letters
https://phys.org/news/2020-11-germanium-based-constraints-dark.html
.Making 3-D nanosuperconductors with DNA
DNA로 3 차원 나노 초전도체 만들기
작성자 : Brookhaven National Laboratory DNA자가 조립을 기반으로 고도로 나노 구조화 된 3D 초전도 물질을 만드는 방법을 보여주는 그림. 크레딧 : Brookhaven National Laboratory NOVEMBER 10, 2020
저항없이 전기를 전도 할 수있는 3 차원 (3-D) 나노 구조 물질 (10 억분의 1 미터 크기의 복잡한 모양을 가진 물질)은 다양한 양자 장치에 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 이러한 3 차원 초전도 나노 구조는 의료 영상 및 지하 지질학 매핑을위한 양자 컴퓨터 및 초 고감도 자기장 센서의 속도와 정확도를 향상시키기 위해 신호 증폭기에 응용할 수 있습니다. 그러나 리소그래피와 같은 전통적인 제조 도구는 초전도 와이어 및 박막과 같은 1D 및 2D 나노 구조로 제한되었습니다. 현재 미국 에너지 부 (DOE) Brookhaven 국립 연구소, 콜롬비아 대학 및 이스라엘의 Bar-Ilan 대학의 과학자들은 규정 된 조직으로 3D 초전도 나노 아키텍처를 만들기위한 플랫폼을 개발했습니다.
Nature Communications 11 월 10 일호에보고 된 바와 같이이 플랫폼은 DNA를 나노 스케일에서 원하는 3D 형태로 자기 조립하는 방식을 기반으로합니다. DNA자가 조립에서 단일 긴 DNA 가닥은 특정 위치에서 더 짧은 상보적인 "스테이플"가닥으로 접 힙니다. 일본 종이 접기 기술인 종이 접기와 유사합니다. 브룩 헤이븐 연구소의 기능성 나노 물질 센터 (CFN)의 소프트 및 바이오 나노 물질 그룹 책임자이자 화학 교수 인 올렉 강 (Oleg Gang)은 "구조적 프로그래밍 가능성으로 인해 DNA는 설계된 나노 구조를 구축하기위한 조립 플랫폼을 제공 할 수 있습니다."라고 말했습니다.
Columbia Engineering의 공학 및 응용 물리학 및 재료 과학 . "그러나 DNA의 취약성은 무기 물질을 필요로하는 기능성 소자 제작 및 나노 제조에 적합하지 않은 것처럼 보입니다.이 연구에서 우리는 DNA가 어떻게 완전히"변환 "될 수있는 3D 나노 스케일 아키텍처를 구축하기위한 스캐 폴드 역할을 할 수 있는지 보여주었습니다. 초전도체와 같은 무기 물질. " 스캐 폴드를 만들기 위해 Brookhaven과 Columbia Engineering 과학자들은 먼저 팔면체 모양의 DNA 종이 접기 "프레임"을 디자인했습니다. Gang의 대학원생 인 Aaron Michelson 은 이러한 프레임이 원하는 격자로 조립되도록 DNA 프로그래밍이 가능한 전략을 적용했습니다. 그런 다음 그는 화학 기술을 사용하여 DNA 격자를 이산화 규소 로 코팅했습니다.(실리카), 구조를 보존하기 위해 액체 환경이 필요한 원래 부드러운 구조를 고형화합니다. 팀은 CFN 전자 현미경 시설의 이미징과 Brookhaven의 National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)의 복합 재료 산란 빔라인에서 작은 각도 X- 선 산란을 통해 확인 된대로 구조가 설계에 충실하도록 제작 프로세스를 조정했습니다. ).
이 실험은 DNA 격자를 코팅 한 후 구조적 무결성이 보존되었음을 보여주었습니다. Gang은 "원래 형태에서 DNA는 기존의 나노 기술 방법으로 처리하는 데 완전히 사용할 수 없습니다."라고 말했습니다. 그러나 일단 DNA를 실리카로 코팅하면 이러한 방법을 사용하여 무기 물질을 증착 할 수있는 기계적으로 견고한 3D 아키텍처를 갖게됩니다. 이는 귀중한 물질이 일반적으로 실리콘과 같은 평평한 기판에 증착되는 전통적인 나노 제조와 유사합니다. 기능을 추가합니다. " 연구팀은 CFN의 실리카 코팅 DNA 격자를 Yosi Yeshurun이 이끄는 Bar-Ilan의 초전도 연구소로 배송했습니다. Gang과 Yeshurun은 몇 년 전 Gang이 DNA 어셈블리 연구에 대한 세미나를 열었을 때 알게되었습니다. 지난 10 년 동안 나노 스케일에서 초전도의 특성을 연구해온 Yeshurun은 Gang의 DNA 기반 접근 방식이 그가 해결하려는 문제에 대한 해결책을 제공 할 수 있다고 생각했습니다.
3 차원에서 초전도 나노 스케일 구조를 어떻게 제작할 수 있을까요? 공동 교신 저자 인 Yeshurun은 "이전에는 3D 나노 초전도체를 만드는 데 기존의 제조 기술을 사용하여 매우 정교하고 어려운 공정이 필요했습니다."라고 말했습니다. "여기서 우리는 Oleg의 DNA 구조를 사용하는 비교적 간단한 방법을 발견했습니다." 초전도 연구소 (Institute of Superconductivity)에서 Yeshurun의 대학원생 인 Lior Shani는 작은 격자 샘플이 들어있는 실리콘 칩 위에 저온 초전도체 (니오븀)를 증발 시켰습니다. 증발 속도와 실리콘 기판 온도는 니오븀이 샘플을 코팅했지만 끝까지 침투하지는 않도록주의 깊게 제어해야했습니다. 이 경우 전자 전송 측정에 사용되는 전극 사이에 단락이 발생할 수 있습니다. Yeshurun은 "전류가 샘플 자체 만 통과하도록 기판의 특수 채널을 절단했습니다."라고 설명했습니다. 측정 결과 조셉슨 접합의 3D 배열 또는 초전도 전류가 통과하는 얇은 비 초전도 장벽이 드러났습니다. 조셉슨 접합 어레이는 자기장 감지를위한 초전도 양자 간섭 장치와 같은 실제 기술에서 양자 현상을 활용하는 데 중요합니다. 3D에서는 더 많은 접합을 작은 볼륨으로 압축하여 장치 전력을 증가시킬 수 있습니다.
"DNA 종이 접기는 거의 15 년 동안 아름답고 화려한 3D 나노 스케일 구조를 만들어 왔지만 DNA 자체가 반드시 유용한 기능성 물질은 아닙니다."미 육군 전투 능력 개발 사령부 육군 연구팀의 재료 설계 프로그램 관리자 인 Evan Runnerstrom이 말했습니다. 작업에 부분적으로 자금을 지원 한 미 육군 연구소의 실험실. "강 교수가 보여준 것은 DNA 종이 접기를 템플릿으로 활용하여 초전도 니오븀과 같은 기능성 물질의 유용한 3D 나노 구조를 만들 수 있다는 것입니다.이 능력은 복잡한 3D 구조의 기능성 물질을 임의로 설계하고 제작할 수 있습니다. 상향식은 감지, 광학 및 양자 컴퓨팅과 같은 분야에서 육군의 현대화 노력을 가속화 할 것입니다. " "우리는 복잡한 DNA 조직을 사용하여 고도로 나노 구조화 된 3D 초전도 물질을 만드는 방법에 대한 경로를 시연했습니다."라고 Gang은 말했습니다. "이 물질 변환 경로는 우리에게 초전도성뿐만 아니라 다른 전자적, 기계적, 광학적, 촉매 적 특성과 같은 흥미로운 특성을 가진 다양한 시스템을 만들 수있는 능력을 제공합니다. 우리는 이것을"분자 리소그래피 "라고 생각할 수 있습니다. DNA 프로그램 가능성은 3D 무기 나노 제조로 옮겨졌습니다. "
더 알아보기 욕망의 나노 물체 : 정렬 된 나노 구조를 3 차원으로 조립 추가 정보 : Nature Communications (2020). DOI : 10.1038 / s41467-020-19439-9 저널 정보 : Nature Communications 에 의해 제공 브룩 헤이븐 국립 연구소
https://phys.org/news/2020-11-d-nanosuperconductors-dna.html
.음, 꼬리가 보인다
.Measurement of Planetary Boundary Layer Winds with Scanning Doppler Lidar
Scanning Doppler Lidar를 이용한 행성 경계층 바람의 측정
박수진 1, 제1저자 연구원
박수진 1, 김상우 1 세 *OrcID, 박문수 2OrcID과 송창근 3 1 서울 대학교 지구 환경 과학부 08826 2 한국 외국어 대학교 대기 과학 연구소, 용인 17035 삼 울산 국립 기술 대학교 도시 환경 공학부 울산 44919 * 서신을 처리해야하는 작성자. 접수 : 2018 년 6 월 19 일 / 개정 : 2018 년 8 월 7 일 / 수락 : 2018 년 8 월 8 일 / 게시일 : 2018 년 8 월 10 일 (이 기사는 대기 경계층 특집 원격 감지 (Remote Sensing of Atmospheric Boundary Layer )에 속한다. 전체 텍스트 | PDF [4697 KB, 2018 년 8 월 11 일 업로드 됨] | 피규어
추상
유성 경계층 (PBL)에서 바람 프로파일의 정확한 측정은 수치 기상 예측뿐만 아니라 대기 품질 모델링에서도 중요합니다. 스캐닝 도플러 광 검출 및 거리 측정 (라이더) 측정을 사용하는 두 가지 바람 검색 방법을 비교하고 동시 라디오 존데 음향으로 검증했습니다. 17 개의 라디오 존데 (radiosonde) 사운드 프로파일을 비교해 보면 사인 피팅 방법이 더 많은 수의 데이터 포인트를 검색 할 수 있다는 것을 보여 주었지만 특이 값 분해 방법은 바이어스 (0.57 ms -1 )와 평균 제곱근 오차 (1.75 ms -1)와 라디오 존데 soundings. 속도 방위각 디스플레이 스캔을 얻기 위해 방사 속도의 평균 시간 간격을 15 분으로 늘리면 소음에 대한 평균 신호 효과로 인해 라디오 존데 소리와 더 잘 일치하게됩니다. 나란히 놓인 윈드 도플러 라이더와 에어러솔 미사 산란 라이저에서 동시에 측정 한 결과 PBL 바람의 시간적 변화와 PBL 내 에어러솔의 수직 분포가 나타났다.
https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
참고.
https://scitechdaily.com/harvard-scientist-connects-the-dots-in-fin-to-limb-evolution/
https://phys.org/news/2019-09-black-hole-center-galaxy-hungrier.html
https://phys.org/news/2019-09-programmable-swarmbots-flexible-biological-tools.html
https://phys.org/news/2019-10-hard-ceramic-tough-steel-newly.html
http://www.sci-news.com/astronomy/earth-sized-exoplanet-habitable-zone-red-dwarf-toi-700d-07991.html
또 다른 모델은 TOI-700d를 구름이없는 전 지구의 현대 지구 버전으로 묘사합니다. 별빛이 행성의 대기를 통과 할 때 이산화탄소와 질소와 같은 분자와 상호 작용하여 스펙트럼 선 (spectral line)이라고하는 독특한 신호를 생성합니다.”또한 과학자들은 TOI-700d의 20 가지 모델 게시되었습니다 .
버전에 대해 시뮬레이션 된 스펙트럼을 생성했습니다.First Optical Measurements of Milky Way’s Mysterious Fermi Bubbles
.Senescent tumor cells building three-dimensional tumor clusters
3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포
논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,
June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.
소개
세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5 μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇 습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf
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