.Inspired by Living Systems – Next Generation Material Adapts to Its History
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.Inspired by Living Systems – Next Generation Material Adapts to Its History
살아있는 시스템에서 영감을 얻음 – 역사에 적응하는 차세대 소재
주제:알토 대학 By 알토 대학교 2022년 12월 9일 추상 하이테크 소재 큐브 전기 이전 경험을 기반으로 전기적 동작을 변경하는 새로운 재료가 개발되었습니다. 이것은 효과적으로 기본 형태의 적응 기억을 제공합니다. (작가의 전기 적응 재료 개념.) DECEMBER 9, 2022
반응형 재료는 이전 조건에 따라 동작을 변경합니다. 살아있는 시스템에서 영감을 받아 이전 경험을 기반으로 전기적 동작을 변경하여 기본 형태의 적응 기억을 효과적으로 제공하는 새로운 재료가 개발되었습니다. 이러한 적응형 재료는 차세대 의료 및 환경 센서는 물론 소프트 로봇이나 활성 표면에서 중요한 역할을 할 수 있습니다. 돌파구는 핀란드 알토 대학 의 연구원들에 의해 달성되었습니다. 반응성 재료는 햇빛에 어두워지는 유리에서 약물 전달 시스템에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 보편화되었습니다. 그러나 기존 재료는 매번 같은 방식으로 반응합니다. 변화에 대한 그들의 반응은 과거에 의존하지 않으며 과거에 따라 적응하지도 않습니다. 이는 이전 조건에 따라 행동을 동적으로 조정하는 살아있는 시스템과 근본적으로 다릅니다. “재료 과학의 다음 큰 과제 중 하나는 살아있는 유기체에서 영감을 얻은 진정으로 스마트한 재료를 개발하는 것입니다. 이 연구의 수석 저자 중 한 명인 Aalto University의 Academy Research Fellow인 Bo Peng은 말합니다.
쌍안정 자기 기둥 자기장에서 자기 비드에 의해 형성된 기둥의 모양과 전도성은 자기장의 강도와 이력에 따라 달라집니다. 크레딧: Olli Ikkala / 알토 대학
연구원들은 자기장에 의해 자극되는 마이크로미터 크기의 자기 비드를 합성했습니다. 자석이 켜져 있으면 구슬이 쌓여 기둥을 형성합니다. 자기장의 강도는 기둥의 모양에 영향을 미치며, 이는 기둥이 전기를 얼마나 잘 전도하는지에 영향을 미칩니다. “이 시스템으로 우리는 자기장 자극과 전기적 반응을 결합했습니다. 흥미롭게도 우리는 자기장을 빠르게 변화시키느냐 느리게 변화시키느냐에 따라 전기 전도도가 달라진다는 것을 발견했습니다. 즉, 전기적 응답은 자기장의 이력에 따라 달라집니다. 자기장이 증가하거나 감소하면 전기적 거동도 달라졌습니다.
반응은 기본 형태의 기억인 쌍성(bistability)을 보였다. 이 물질은 마치 자기장을 기억하는 것처럼 거동합니다.”라고 Peng은 설명합니다. 기본 학습 시스템의 메모리는 또한 기본적인 학습과 유사한 방식으로 작동하도록 허용합니다. 살아있는 유기체의 학습은 엄청나게 복잡하지만 동물의 가장 기본적인 요소는 시냅스로 알려진 뉴런 간의 연결 반응의 변화입니다.
얼마나 자주 자극을 받느냐에 따라 뉴런의 시냅스가 활성화되기 더 어렵거나 더 쉬워집니다. 단기 시냅스 가소성으로 알려진 이 변화는 최근 이력에 따라 한 쌍의 뉴런 사이의 연결을 더 강하거나 약하게 만듭니다. 연구원들은 메커니즘이 완전히 다르지만 자기 구슬로 비슷한 것을 달성할 수 있었습니다. 구슬을 빠르게 맥동하는 자기장에 노출시켰을 때 물질은 전기 전도성이 더 좋아진 반면, 느린 맥동으로 인해 전도율이 떨어졌습니다.
"이것은 단기 시냅스 가소성을 연상시킵니다."라고 Aalto의 저명한 교수인 Olli Ikkala는 말합니다. “우리 재료는 시냅스처럼 작동합니다. 우리가 시연한 것은 적응, 기억 및 학습의 생물학적 과정을 활용할 차세대 생명에서 영감을 받은 재료를 위한 길을 열어줍니다.” “미래에는 생물학적 시스템의 완전한 복잡성을 포함하지는 않지만 생명체와 같은 속성에서 알고리즘적으로 영감을 얻은 더 많은 재료가 있을 수 있습니다. 이러한 소재는 차세대 소프트 로봇과 의료 및 환경 모니터링의 중심이 될 것입니다.”라고 Ikkala는 덧붙입니다.
참조: Xianhu Liu, Hongwei Tan, Carlo Rigoni, Teemu Hartikainen, Nazish Asghar, Sebastian van Dijken, James VI Timonen, Bo Peng 및 Olli Ikkala의 "자기장 구동 입자 조립 및 재밍, 쌍안정 메모리 및 반응 가소성", 11월 11일 2022, 과학 발전 . DOI: 10.1126/sciadv.adc9394
https://scitechdaily.com/inspired-by-living-systems-next-generation-material-adapts-to-its-history/
.Microbial miners could help humans colonize the moon and Mars
미생물 광부는 인간이 달과 화성을 식민지화하는 데 도움이 될 수 있습니다
캘리포니아 어바인 대학교 브라이언 벨(Brian Bell) UCI 재료 과학 및 공학 교수인 David Kisailus가 크리스탈 마그네타이트 모델을 들고 있습니다. 그와 그의 동료 연구자들은 칠레의 아타카마 사막에 사는 미생물이 혹독한 환경에서 생존하는 데 필요한 철을 획득하는 과정에서 자철광을 적철석이라는 다른 산화철 단계로 변형시킨다는 사실을 발견했습니다. 크레딧: Steve Zylius / UCI DECEMBER 9, 2022
시아노박테리아가 칠레 아타카마 사막의 암석에서 영양분을 얻는 생화학적 과정은 어바인 캘리포니아 대학교의 엔지니어들이 미생물이 인간이 달과 화성에 식민지를 건설하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 방법을 생각하도록 영감을 주었습니다. UCI의 재료 과학 및 공학과 및 Johns Hopkins 대학 생물학과의 연구원들은 고해상도 전자 현미경과 고급 분광 이미징 기술을 사용하여 미생물이 자연 발생 광물과 합성 나노세라믹을 어떻게 수정하는지 정확하게 이해했습니다.
-과학자들에 따르면 핵심 요인은 시아노박테리아가 석고 암석 내 자성 산화철 입자를 용해하는 생물막을 생성하여 자철광을 산화된 적철광으로 변환한다는 것입니다. 최근 Materials Today Bio 저널에 발표된 논문의 주제인 팀의 발견은 새로운 생체 모방 채굴 방법을 위한 경로를 제공할 수 있습니다. 저자들은 또한 그 결과 가 달과 화성과 같은 열악한 환경 에서 토목 공학 에 유용한 규모의 대규모 3D 프린팅 또는 적층 제조에 미생물을 사용하는 단계로 결과를 보고 있다고 말했습니다 .
-교신 저자인 UCI 재료학 교수인 David Kisailus는 " 수백만 년에 걸쳐 진화한 생물학적 과정을 통해 이 작은 광부들은 암석을 굴착하여 생존을 가능하게 하는 광합성과 같은 생리적 기능에 필수적인 광물을 추출합니다"라고 말했습니다 . 과학 및 공학. "인간이 가치 있는 광물을 얻고 조작하기 위해 유사한 생화학적 접근 방식을 사용할 수 있을까요? 이 프로젝트는 우리를 그 길로 인도했습니다." 아타카마 사막은 지구상에서 가장 건조하고 가장 황량한 곳 중 하나이지만 존스 홉킨스 팀이 그곳에서 수집한 석고 샘플에서 발견된 시아노박테리아인 크로코코시디옵시스 는 "바위 서식지에서 살아남기 위한 가장 놀라운 적응"을 개발했다고 공동 저자는 말했습니다.
볼티모어 대학의 생물학 부교수 Jocelyne DiRuggiero. "그런 특성 중 일부는 원적외선 광자를 흡수하는 엽록소 생성과 주변 광물에서 물과 철분을 추출하는 능력을 포함합니다."라고 그녀는 덧붙였습니다. 첨단 전자현미경과 분광기를 사용하여 연구자들은 석고에 포함된 광물이 어떻게 변형되었는지 관찰함으로써 석고에서 미생물의 증거를 발견했습니다. "시아노박테리아 세포는 풍부한 세포외 고분자 물질을 생성하여 자철석 용해 및 철 용해를 촉진하여 자철광을 적철광으로 용해 및 산화시킵니다."라고 DiRuggiero는 말했습니다.
-"자철광 나노입자의 존재 하에서 사이드로포어[박테리아와 곰팡이에 의해 생성된 철 결합 화합물]의 생산이 향상되었으며, 이는 시아노박테리아가 자철석에서 철을 획득하기 위해 사용함을 시사합니다." Kisailus는 황량한 집에서 미생물이 금속을 처리하는 방식을 보고 우리 자신의 채광 및 제조 관행에 대해 생각하게 되었다고 말했습니다. "우리가 광물을 채굴할 때 종종 귀중한 금속 추출에 문제가 될 수 있는 광석을 발견하게 됩니다."라고 그는 말했습니다. "우리는 종종 이러한 광석을 가치 있는 것으로 변환하기 위해 극단적인 처리를 거쳐야 합니다. 이러한 관행은 금전적으로나 환경적으로 비용이 많이 들 수 있습니다." Kisailus는 현재 대형 기계 분쇄기만 작동하는 광물을 조작하기 위해 siderophores, 효소 및 기타 분비물에 대한 천연 또는 합성 유사체를 사용하는 생화학적 접근 방식을 고려하고 있다고 말했습니다.
-그리고 여기에서 도약하면서 그는 미생물이 유사한 생화학적 능력을 사용하여 편리하지 않은 위치에서 필요에 따라 가공된 재료를 생산할 수 있는 방법이 있을 수 있다고 말했습니다. Kisailus는 "나는 그것을 테라포밍 대신 '달 형성'이라고 부릅니다."라고 말했습니다. "만약 당신이 달에서 무언가를 만들고 싶다면, 사람들이 그것을 하게 하는 비용을 거치는 대신에 우리는 로봇 시스템이 3D 프린트 미디어를 가질 수 있고 미생물이 그것을 가치 있는 것으로 재구성하도록 할 수 있습니다.
이것은 위험에 빠뜨리지 않고 할 수 있습니다. 인간의 삶 ." 그는 인간이 일을 처리하는 방법을 파악하기 위해 항상 에디슨식 접근 방식을 사용할 필요는 없다고 덧붙였습니다. "이것은 생체 모방 및 나노 구조 재료 연구실의 주요 주제입니다. 자연이 수억 년 동안 완벽하게 만들어 놓았는데 왜 바퀴를 재발명하려고 합니까?" 키사일러스가 말했다. "우리는 자연이 하는 일에 대한 비밀과 청사진을 추출하고 우리가 필요로 하는 것에 적용하거나 조정하기만 하면 됩니다."
추가 정보: Wei Huang 외, 극한 환경에 사는 시아노박테리아에 의한 철 획득 및 광물 변환, Materials Today Bio (2022). DOI: 10.1016/j.mtbio.2022.100493 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스 제공
https://phys.org/news/2022-12-microbial-miners-humans-colonize-moon.html
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메모 2212110547 나의 사고실험 oms 스토리텔링
아르테미스 계획은 달에 인류의 우주기지를 만들 생각으로 시작되었다. 일론 머스크는 화성에 인류의 대규모 이주계획을 구체적으로 제시한다. 그러면 과연 생존가능한 장소로 인류가 쉽게 이뤄낼 수 있을까?
답은 달이나 화성에 암석에 있고 지구에서 가져가려고 하거나 달이 화성에 미생물이 존재한다면 암석들을 활용을 해야 쉬운 답이 나올 수 있다. 화학적으로 접근하거나 인류의 도구가 접근하지 못하는 영역에 미생물의 생존가능이 인류의 희망을 줄 수 있다. 오무아무아 소행성 초거대 유성암석도 미생물 외계생물이 조종하는 우주선일 수 있다. 허허.
연구진은 시아노박테리아가 석고 암석 내 자성 산화철 입자를 용해하는 생물막을 생성하여 자철광을 산화된 적철광으로 변환한다 것을 확인했다. 수백만 년에 걸쳐 진화한 생물학적 과정을 통해 이 작은 광부들은 암석을 굴착하여 생존을 가능하게 하는 광합성과 같은 생리적 기능에 필수적인 광물을 추출합니다"라고 말했습니다 .
인류는 생물학적 지질학을 통해 인간이 태양계 우주에서 가치 있는 광물을 얻고 조작하기 위해 유사한 생화학적 접근 방식을 사용할 수 있을 것으로 보인다. 우주의 암석들에는 공통적으로 미생물이 거주하기 위해 좋은 샘플a.oms조건들이 광범위하게 형성된듯 싶다. 허허.
Samplea.oms (standard)
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sample c.oss (standard)
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zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
- According to scientists, the key factor is that cyanobacteria create a biofilm that dissolves magnetic iron oxide particles within gypsum rock, converting magnetite into oxidized hematite. The team's discovery, which is the subject of a paper recently published in the journal Materials Today Bio, could provide a pathway for new biomimetic mining methods. The authors also said they see the results as a step toward using microbes for large-scale 3D printing or additive manufacturing on a scale useful for civil engineering in harsh environments like the Moon and Mars.
- Corresponding author David Kisailus, UCI Professor of Materials Science, said, "Through biological processes that have evolved over millions of years, these tiny miners drill through the rock to extract minerals essential for physiological functions such as photosynthesis that make survival possible." science and engineering. "Could humans use a similar biochemical approach to obtain and manipulate valuable minerals? This project has led us along that path." The Atacama Desert is one of the driest and most inhospitable places on Earth, but the cyanobacteria Crocococcidiopsis, discovered in gypsum samples collected there by the Johns Hopkins team, has "one of the most remarkable adaptations to survive in its rocky habitat." co-authors said.
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memo 2212110547 my thought experiment oms storytelling
The Artemis project began with the idea of building a human space base on the moon. Elon Musk presents a plan for large-scale human migration to Mars in detail. Then, can mankind easily achieve a viable place?
The answer is that if there are rocks on the moon or Mars and you want to take them from Earth, or if there are microorganisms on the moon or Mars, you have to use the rocks to get an easy answer. The ability of microorganisms to survive in areas that are chemically inaccessible or accessible to human tools can give humanity hope. Oumuamua asteroid super-giant meteor rocks could also be spaceships controlled by microbial aliens. haha.
The researchers confirmed that the cyanobacteria convert magnetite to oxidized hematite by creating a biofilm that dissolves magnetic iron oxide particles in gypsum rock. Through biological processes that have evolved over millions of years, these tiny miners excavate rock to extract minerals essential for physiological functions such as photosynthesis that make survival possible."
It seems likely that biogeology will enable humans to use similar biochemical approaches to obtain and manipulate valuable minerals from the solar system universe. In the rocks of space, it seems that good sample a.oms conditions have been formed widely for microorganisms to live in common. haha.
Samplea.oms (standard)
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.Structural studies offer 'how-to' guide for designing cancer drugs
구조 연구는 항암제 설계를 위한 '방법' 가이드를 제공합니다
스크립스 연구소 PI3Kα(그림)의 3차원 구조를 결정함으로써 Scripps 연구원은 암세포에서 단백질을 표적으로 하는 약물을 향한 길을 열었습니다. 크레딧: 스크립스 리서치 DECEMBER 9, 2022
-공격적인 암의 성장을 지연시키는 약물을 설계하려면 암의 엔진을 되살리는 단백질의 구조를 아는 것이 도움이 됩니다. Proceedings of the National Academy of Sciences 에 게재된 일련의 3개 논문에서 Scripps Research 과학자들은 종종 암세포 에서 돌연변이가 일어나는 단백질인 포스포이노시타이드 3-키나아제 알파(PI3Kα)의 3차원 구조를 밝혔습니다 . 또한 연구팀은 암 관련 돌연변이로 그 구조가 어떻게 변하는지 밝혀내어 돌연변이 버전만 표적으로 삼을 수 있는 약물 개발의 길을 열었습니다. "우리는 이러한 상세한 구조적 발견이 암세포에 영향을 미치지만 건강한 세포에는 영향을 미치지 않는 약물의 발견으로 이어지기를 희망합니다.
-"그것은 잠재적으로 현재 PI3Kα 약물과 관련된 부작용을 제거할 수 있습니다." PI3Kα는 세포 생존과 성장에 중심적인 역할을 합니다. 건강한 세포 에서 단백질은 필요에 따라 켜고 끕니다. 그러나 유방암, 결장직장암, 자궁내막암 및 뇌암을 포함한 수많은 유형의 암에서 PI3Kα의 돌연변이는 항상 활성화되어 종양의 억제되지 않은 성장을 촉진합니다. PI3Kα에 제동을 걸고자 하는 현재 약물은 건강한 버전과 돌연변이 버전 간에 거의 변하지 않는 단백질 섹션에 결합합니다. 이것은 신체의 모든 PI3Kα가 차단되었음을 의미합니다. 그 때문에 이러한 PI3Kα 억제제는 많은 부작용과 독성을 가지고 있습니다. "이 문제를 해결하려면 돌연변이된 PI3Kα 버전만 인식하는 억제제를 만들어야 합니다."라고 Vogt는 말합니다.
"그러나 그렇게 하기 위해서는 돌연변이된 과잉 활성 PI3Kα와 정상적인 PI3Kα를 구별하는 것에 대한 구조적 정보가 필요합니다." 이것은 쉬운 일이 아닙니다. PI3Kα는 특히 유연하고 "흔들리는" 단백질이므로 구조의 단일 스냅샷을 얻기가 어렵습니다. 그러나 Vogt 그룹은 PI3Kα가 기존 억제제 중 하나에 결합되었을 때 더 안정해진다는 것을 발견했습니다. 2021년 11월 과 2022년 9월 에 발표된 PNAS 논문 에서 그들은 극저온 전자 현미경(cryo-EM)으로 알려진 일종의 이미징 기술을 사용하여 PI3Kα의 3차원 구조를 알아냈습니다. 이 지식을 바탕으로 그들은 먼저 억제제에 부착된 PI3Kα의 구조를 조사했습니다.
그런 다음 억제제가 없는 단백질을 시각화하기 위해 가교 분자를 사용하여 PI3Kα의 다른 부분을 자체에 부착하여 단백질의 가장 유연한 부분을 안정화했습니다. 보다 최근에 연구팀은 동일한 cryo-EM 도구 상자를 사용하여 암세포에서 흔히 발견되는 PI3Kα의 두 가지 돌연변이 버전의 구조를 결합했습니다. 지난 달 PNAS 에 발표된 이 연구는 돌연변이 PI3Kα의 일부 세그먼트가 PI3Kα의 활성화된 형태와 어떻게 유사한지를 보여주었습니다. "매우 극적인 구조적 변화가 있습니다."라고 Vogt는 말합니다. "그리고 결국 변화는 본질적으로 단백질의 정상적인 활성화 형태를 모방하지만 유일한 차이점은 항상 이 활성 구조에 있다는 것입니다."
연구 결과는 건강한 PI3Kα를 끄지 않고 암 세포에서 PI3Kα의 상시 작동 버전을 차단하기 위해 약물을 사용하는 방법을 제시합니다. 보그트는 약물이 기존 PI3Kα 억제제가 결합하는 부분(단백질의 건강한 버전과 돌연변이 버전 사이에서 구조적으로 다른 부분)이 아닌 PI3Kα 단백질의 다른 부분에 결합해야 한다는 것이 핵심이라고 말했다. 그의 실험실 그룹은 현재 약물이 PI3Kα의 구조를 어떻게 변화시키는지를 밝히는 추가 연구를 통해 이 연구를 추적하고 있습니다.
추가 정보: Xiao Liu et al, PI3Kα의 암 특이적 나선형 및 키나제 도메인 돌연변이의 Cryo-EM 구조, 국립 과학 아카데미 회보 (2022). DOI: 10.1073/pnas.2215621119 저널 정보: Proceedings of the National Academy of Sciences 스크립스 연구소 제공
https://phys.org/news/2022-12-how-to-cancer-drugs.html
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메모 221210910 나의 사고실험 oms 스토리텔링
암적인 존재가 암흑 물질과 에너지가 존재하는 초기 우주는 확연히 보이는 거대구조웹을 통해 별들이 태어나고 은하단으로 몸체를 가진다. 그 거대구조는 샘플a.oms이고 은하단을 가진 구조는 질량들이 복잡하게 늘어나 샘플c.oss로 보여진다.
Samplea.oms (standard)
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sample c.oss (standard)
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.New optical computing approach offers ultrafast processing
초고속 처리를 제공하는 새로운 광학 컴퓨팅 접근 방식
알토 대학교 광학 키랄성 논리 게이트는 입력 빔의 키랄성에 따라 서로 다른 원형 편광으로 빛을 방출하는 재료로 만들어집니다. 크레딧: Yi Zhang / Aalto University DECEMBER 9, 2022
논리 게이트는 컴퓨터 프로세서의 기본 구성 요소입니다. 기존의 논리 게이트는 전자식(전자 주위를 섞는 방식으로 작동)이지만 과학자들은 차세대 컴퓨팅의 데이터 처리 및 전송 요구 사항을 충족하기 위해 광 기반 광학 논리 게이트를 개발해 왔습니다. Aalto University의 연구원들이 개발한 새로운 광학 키랄성 논리 게이트는 기존 기술보다 약 백만 배 빠르게 작동하여 초고속 처리 속도를 제공합니다.
새로운 접근법은 원형 편광을 입력 신호 로 사용합니다 . 논리 게이트는 원편광 광선의 방향에 민감한 결정질 재료로 만들어집니다. 즉, 수정에서 방출되는 빛은 입력 광선의 방향에 따라 달라집니다. 이것은 한 유형의 논리 게이트(XNOR)에 대한 기본 빌딩 블록 역할을 하며 나머지 유형의 논리 게이트는 필터 또는 기타 광학 구성 요소를 추가하여 구축됩니다.
팀은 또한 단일 장치가 병렬로 동시에 작동하는 모든 키랄성 논리 게이트를 포함할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 한 번에 하나의 논리 연산만 수행할 수 있는 기존 논리 게이트에 비해 상당한 발전입니다. 동시 병렬 논리 게이트를 사용하여 복잡한 다기능 논리 회로를 구축할 수 있습니다. 마지막으로 팀은 전기/광 하이브리드 컴퓨팅에 필요한 단계인 키랄성 논리 게이트를 전자적으로 제어하고 구성할 수 있음을 시연했습니다. 이 작업은 Science Advances 저널에 게재되었습니다 .
추가 정보: Yi Zhang 외, Chirality Logic Gates, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq8246 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq8246 저널 정보: Science Advances 알토대학교 제공
https://techxplore.com/news/2022-12-optical-approach-ultrafast.html
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