跨学科研究的情况属于广义的生物分子系统,心脏系统,神经系统,和纳米系统。研究项目不断发展的内外成员开发新的合作中心活动的中心和最好的快照在任何一年是由中心出版物和抽象的列表。

研究生物分子系统扩展了一系列广泛的话题,包括病毒分子的相互作用以及原核和真核细胞。用于检查这些交互的方法包括单分子光谱,原子力显微镜,飞秒pump-probe动力学和相干光谱,核共振振动光谱,红外晶体学,以及各种类型的生化分析方法。

情况成员之间合作导致了几个重要的跨学科的发现。积极合作的例子包括:

表征的大肠杆菌α与DNA聚合酶亚基交互使用光学镊子和聚合化验(Penny j . Beuning和马克·c·威廉姆斯)

原子力显微镜和单分子光学镊子的研究来阐明的机制灵活性高机动组蛋白质改变DNA转录方便(马克·c·威廉姆斯和Nathan Israeloff)

探测低频率、热访问含有铁的生物系统的振动运动。研究血红素和iron-sulfur蛋白质及其隔离活性部位的发色团显示关键坐标控制电子转移的基本生物学机制和双原子分子绑定(j . Timothy鼠尾草和Paul m .冠军)

心脏疾病是过早死亡的主要原因。超过一半的心脏病死亡是突然和结果从一个时空混沌的波活动,防止心脏的主室正常泵血。开发一个基本的理解机制触发和维持危及生命的心律失常为设计抗心律失常的治疗至关重要,成功的降低死亡率。

与生物学家和临床医生合作,业力的小组使用理论模型和计算机模拟阐明基本机制的心律失常从亚细胞尺度到整个器官水平。最近的工作都集中在理解倍周期振荡电压和钙的活动被称为“令”,使致命的心脏节律障碍和发展控制这些疾病的新方法。

事件活动在这一领域关注的发展最先进的计算方法理解的行为范围广泛的技术材料和天然生物材料如骨。加工材料从结构合金纳米材料应用到交通运输、发电、太阳能收集和纳电子学。跨越单纯和连续尺度的方法。这些材料的微观和纳米结构在很大程度上控制复杂系统的接口,包括相边界,晶界,裂缝,及其与材料相互作用的缺陷如混乱,职位空缺,插页式广告。在业力的小组从物理方面的研究都是围绕scale-bridging相场方法的发展来描述复杂的非平衡的行为和交互的接口和缺陷。

业力的小组合作组桑德拉Shefelbine(米氏/ BioE)和兰迪Erb(米氏)来理解韧性是材料抵抗断裂的能力。在生物系统高韧性复合组织柔软灵活的蛋白质结合的结果导向的硬矿物晶体。本项目结合了裂纹扩展的计算和实验研究来确定材料各向异性和异构性问题的相对重要性在裂纹路径选择和断裂韧性。新颖的合成产生不连续纤维复合材料不均匀性和各向异性的复合磁场可以通过调优,数值模拟采用相场法被用于预测复杂的这些材料中裂纹路径。

业力的小组也与团体合作杨(Emily)刘和Deniz Erdogmus开发新的机器学习使自底向上方法预测的失败行为先进的结构和功能材料,从陶瓷基复合材料用于航空航天结构,具有低密度、高硬度以及抗热和化学性能优越,为软机器人机械活跃的仿生复合材料。项目结合了最先进的材料建模方法来生成大型数据集描述不同的机械和失败行为统计样本几何分布的粒子在主机矩阵学习机器学习的数据集广义本构规律裂纹萌生和扩展,从而使有效信息从下而上准确的预测失败的属性和计算辅助材料设计。

神经科学是真正的多学科的主题。等学科包括解剖学、生理学、分子和细胞生物学,心理学,计算机科学,最近,和物理。在神经科学最有趣的发现是在这些学科的十字路口,和神经科学研究的前沿通常是由跨学科合作。情况,Stepanyant实验室正在开发neurogeometry的新兴科学,其重点是了解大脑的结构连接用的组合根植于统计物理数据分析和优化原则。由于神经元形态的复杂性,重建神经元的大型数据集必须与自动生成算法。Stepanyants实验室开发算法和软件工具来自动化神经元从共焦显微镜的图像重建,从而能够从各种各样的神经元中提取定量信息标签和成像技术