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Nanoprobes for Nonequilibrium Driven Systems

At the core of far-from-equilibrium biological activity lies an orchestra of molecular motors, constantly dissipating energy while converting chemical fuel into mechanical work. Estimating the amount of the free energy budget lost... ver más

30/09/2027

TAU

2M€

Presupuesto del proyecto: 2M€

Líder del proyecto

TEL AVIV UNIVERSITY No se ha especificado una descripción o un objeto social para esta compañía.

TRL 4-5

Fecha límite participación Sin fecha límite de participación.

Financiación concedida El organismo HORIZON EUROPE notifico la concesión del proyecto el día 2022-10-01

ERC-2021-STG: ERC STARTING GRANTS Scope:Objectives

I+D

Cerrada hace 3 años

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Participantes

TAU

Lider

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Duración del proyecto: 59 meses Fecha Inicio: 2022-10-01
Fecha Fin: 2027-09-30

Líder del proyecto

TEL AVIV UNIVERSITY No se ha especificado una descripción o un objeto social para esta compañía.

TRL 4-5

Presupuesto del proyecto 2M€

Fecha límite de participación Sin fecha límite de participación.

Descripción del proyecto At the core of far-from-equilibrium biological activity lies an orchestra of molecular motors, constantly dissipating energy while converting chemical fuel into mechanical work. Estimating the amount of the free energy budget lost to dissipation is crucial for a deeper understanding of the underlying nonequilibrium dynamics and for unravelling the thermodynamic constraints on the possible biological processes. Although there are theoretical tools for quantifying nonequilibrium activity and dissipation in the framework of stochastic thermodynamics, there is a gap between these analytical calculations and their experimental applicability. The difficulty stems from the limited accessibility to the myriad degrees of freedom of complex systems and the finite measurement resolution, which can mask the footprints of nonequilibrium dynamics, such that they may appear as passive thermal fluctuations.I will address this challenge both experimentally and theoretically. In my lab, I will develop fluorescent nanosensors for unveiling microscopic activity otherwise inaccessible in complex biological systems. Fluorescent single-walled carbon nanotubes with tailored functionalization will transduce molecular-motor activity to a modulation of the emitted fluorescence, providing a novel degree of freedom never before exploited as a phase-space coordinate for inferring dissipation in nonequilibrium systems. I will incorporate the nanotube sensors in minimal biomimetic models of active systems, including DNA-gel and reconstituted cytoskeleton driven by molecular motors, to demonstrate my approach in a highly controlled environment. Further, I will internalize the nanotubes within live cells, and utilize the fluorescence signal to estimate the dissipation in nonequilibrium intracellular organization. In parallel, I will advance theoretical tools for estimating the dissipation from experimental data, based on an approach I have pioneered for detecting time-irreversibility.

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