一个由教职员工和本科生组成的研究团队创建了一个物理的、互动的模型，来教授学生细胞水平上的遗传学和生物过程。
“通过在生物系统和物理工程系统之间创建一个类似物，我们认为我们可以帮助学生掌握遗传学、细胞代谢和遗传工程背后的概念，”说Cranos威廉姆斯是NC州的生物系统建模和电气计算机工程（ECE）的生物系统建模和副教授的专家。
研究人员正在非营利组织或私营部门寻找合作伙伴，以使该工具更广泛地用于K-12和本科教室。
大想法
“几年前，Cranos和我在一个项目上致力于创造生物过程的数学模型，植物用来制造木质素 - 这是一种物质在植物物质中为生物燃料和造纸制造出来的物质，”乔尔·杜科托他是建模专家和北卡罗来纳州立大学土木、建筑和环境工程教授。
“我们认识到，人们很难理解在数学模型中发生了什么，所以我们想看看是否有可能创建一个物理模型，在这个模型中，电子电路模拟细胞新陈代谢的过程。”这就是这个项目的起源。”
为此，2014年，2014年，Ducoste和Williams在NC州的ECE本科学员招募了Reuben Valeriano的帮助。一年后，他们带来了另一个ece本科，科迪·埃林顿。2016年秋季，该团队开发了一种典型的物理模型原型，称为酶代谢物电路（EZMC）。
它是如何工作的
“在细胞中，新陈代谢是一系列化学反应，通过不同的生化途径将一种质量转化为另一种形式的质量，”威廉姆斯说。“这些反应可以是顺序的;它们可以并联发生，多种反应同时发生;他们可以触发额外的反应;或者他们几乎可以独立发生。这些反应是植物转化水，光和土壤中可用的东西如何进入植物需要的东西 - 例如木质素在木材中发现。“
在EZMC中，电力站在质量上。例如，在EZMC中，电流在细胞的新陈代谢中占据质量通量：从电池中从材料A转换的速率越高，电流越高，模型中的两个类似点之间。
By the same token, the amount of mass being conserved in one form in the cell is represented as voltage (i.e., the higher the amount of mass being stored at one point in the metabolic pathway, the higher the amount of voltage that is stored at that point in the EzMC).
“在我们的原型中，您可以通过在模型中的各种探测点触摸多电表来跟踪模型中发生的内容，”Valeriano说。“万用表测量电压，因此它有效地告诉您在代谢途径物理模型中的任何点都发现了多少”质量“。
“随着额外的资金，我们可以用LED面板替换那些探头点，这些探测点将在系统修改时显示电压在每个交界处的电压如何变化 - 或者我们可以用代谢模型的计算机读数替换探头点，”Valeriano说。
教育效用
原型允许用户在代谢途径中的任何点进行更改 - 类似通过基因工程制造蜂窝变化。然后，用户可以观察这些改变如何影响蜂窝行为。
威廉姆斯说：“我们想传达对生物体的遗传修改时会发生什么的想法。”“蜂窝系统非常复杂：制作一个小变化可能会在广泛的系统中改变行为 - 或者您可能需要进行多次更改以改变行为。这些是我们希望学生理解的基本思想。我们认为EZMC可以帮助推进这种理解。“
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优秀，但应该有更多的例子。