Esta investigación fue financiada por la Facultad de Humanidades y artes escénicas de la Universidad de Plymouth. Los autores desean reconocer la Functionalize para el suministro de muestras de su conductora PLA.

1. fabricación de un receptáculo de impresión 3D <ol><li>cámaras, tapas y base <ol><li>carga un 3D impresora con poliestireno de alto impacto (HIPS) mediante la interfaz de impresora para ajustar la temperatura de la cama de impresión a 85 ° C y la extrusora a 230 ° C. Cuando se alcanzan las temperaturas, aflojar un brazo Inserte el filamento y empuje hacia abajo hasta que comience a sacar fuera el extremo caliente. A continuación, vuelva a apretar el filamento un brazo más ocioso y retire el material extruido.</li>
		<li>Importar el archivo de modelo 3D receptáculo STL en una impresión 3D corte software, que normalmente es posible, navegar a la pestaña archivo y seleccionar las opciones de importar/abrir ( figura 2).</li>
		<li>Si corte software ofrece alto y bajo parámetros de calidad de impresión, seleccione alta calidad asegurando también que el perfil correcto del material es seleccionado. 
		Nota: Si varios receptáculos en una carrera, la impresión, asegúrese de el software se encuentra imprimir cada objeto uno a la vez. Si se omite este paso, puede reducirse la calidad de impresión, que probablemente causará problemas de tolerancia cuando encaje las piezas.</li>
		<li>Una vez completada la impresión, espere hasta que la temperatura de la cama de impresión está por debajo de 50 ° C eliminar las partes.</li>
		<li>Suavemente con un cepillo de alambre fino, claro la toma de electrodo de cualquier imperfección que puedan causar obstrucciones al colocar la cámara con un electrodo.</li>
	</ol></li> <li>Electrodos <ol><li>reemplazar el filamento de las caderas de un filamento de limpieza y un montón de material pase por la cabeza de impresión.</li>
		<li>Cargar la impresora con un filamento de ácido (PLA) de poliláctico eléctricamente conductor que tiene una resistividad de volumen igual o inferior a 0.75 cm de Ω.</li>
		<li>Ajustar la temperatura de la cama de impresión el estirador a 230 ° C y 60 ° C (consulte el paso 1.1.1 para dirección).</li>
		<li>Cuando las temperaturas se alcanzan, saque varios centímetros del filamento a través del cabezal de impresión. Este proceso ayudará a asegurar que se eliminan todas las partículas de sesiones anteriores.</li>
		<li>De una impresión 3D corte software, carga el archivo STL de electrodo ( figura 3).</li>
		<li>En la configuración de impresión, especifique las siguientes: altura de la capa = 0,16 mm, espesor de cáscara = 1,7 m m, grueso de abajo/arriba = 0,74 mm, densidad de llenado = 100% ( figura 4).</li>
		<li>Si impresión varios electrodos en una carrera, establecer la impresora para imprimir uno por uno.</li>
		<li>Una vez impreso, deje los electrodos en la cama de impresión hasta que se enfríe a temperatura ambiente. Esto asegura la parte deformada y deformada no.</li>
	</ol></li> <li>Asamblea receptáculo <ol><li>ranura un electrodo en cada una de las dos cámaras. Si paso 1.1.5 se ha completado correctamente, los electrodos deben ir en las cámaras sin mucha fuerza.</li>
		<li>Con un bisturí afilado, corte un pedazo de 10 mm de cloruro de polivinilo (PVC) tubo (diámetro interno de 4 mm y diámetro externo de 6 mm) teniendo cuidado de asegurar que cada extremo se corta recto y limpio.</li>
		<li>Aliviar suavemente cada extremo de la tubería de PVC de 10 mm sobre el borde de los dos electrodos.</li>
		<li>Una vez conectado, las dos cámaras del clip en la base.</li>
	</ol></li></ol> 2. Recipiente de preparación e inoculación de p. polycephalum <ol><li>2% preparación medio de agar <ol><li>poner 2 g de polvo de agar microbiológico no nutritivas en un frasco de vidrio de 250 mL.</li>
		<li>Agregar 100 mL de agua desionizada y mezclar bien.</li>
		<li>Autoclave de la botella para 12-15 min a 121 ° C o el lugar en un baño de agua hirviendo durante 15-20 minutos</li>
	</ol></li> <li>Ajuste el sustrato de agar en el receptáculo de &#39; cámaras de s <ol><li>fundir el agar utilizando un baño María o microondas.</li>
		<li>Llenar una pipeta de 2 mL con agar fundido.</li>
		<li>Llenar cada uno del receptáculo &#39; cámaras s asomando la punta de la pipeta aproximadamente 5 mm por encima de la base interna y poco a poco llenando los pozos hasta la parte inferior de la conexión del tubo orificio.</li>
		<li>Inmediatamente después de llenar los pozos, coloque una tapa sobre cada una de las cámaras y apartar el recipiente hasta que el agar haya establecido y temperatura ambiente.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum inoculación <ol><li>Coloque una hojuela de avena en cada una de las dos cámaras.</li>
		<li>Saque una gota 2 mL de pseudópodos una hambrienta (aproximadamente 12 h) cultura de plasmodium en una de las dos cámaras. Para promover el crecimiento rápido, trate de tomar el protoplasma de los más activos del organismo anterior.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
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G., de Lacy Costello, B., Adamatzky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+function+of+protoplasmic+tubes+of+Physarum+polycephalum.">Transfer function of protoplasmic tubes of Physarum polycephalum.</a> Biosystems. 128, 48-51 (2015).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Este trabajo presenta un método para el cultivo de memristores de mixomicetos p. polycephalum. El organismo se cultiva dentro de 3D impresos receptáculos que se diseñaron para superar algunas de las limitaciones que están asociadas con la implementación de la bio-memristores. Tales limitaciones incluyen tiempo de preparación, tiempo de crecimiento de la muestra y falta de estandarización para las condiciones de crecimiento de muestra a muestra y eléctricos observaciones.
Nuestro receptáculo primero fue revelado en el año 2015 en el material de publicidad impresa para la península arte contemporáneo música Festival 2016 (PACMF) y sitio web respectivo15. Aquí, nuestra tecnología se utilizó para desarrollar un sistema de música interactiva de bioware hardware híbrido que fue capaz de generar acompañamientos musicales a un músico vivo. En la referencia14, informó sobre las pruebas extensas de nuestro recipiente y compararon los resultados con los anteriores enfoques9,10. Tras estos acontecimientos, otro grupo de investigadores posteriormente explorado creando ambientes de crecimiento para el estudio thermistive propiedades16 del organismo, pero estos no son los mismos que memristive propiedades. Sin embargo, sólo ha habido dos otros intentos de desarrollar un enfoque controlado a la aplicación de p. polycephalum memristores13,17. En estos experimentos, pozos fueron hechos de un material elastómero biocompatible gelatinoso llamado polidimetilsiloxano (PDMS), y electrodos fueron creados utilizando diferentes metales o poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PSS). Aunque estos materiales se utilizan habitualmente en ingeniería biónica, microfluídica y electrónica, que son costosos y requieren algunos conocimientos a utilizar. Por ejemplo, el PSS necesita spin-coating y dopaje para mejorar su conductividad. Por lo tanto, las técnicas están fuera del alcance de personas que no tienen acceso a los recursos especializados. Las tomas presentadas en este artículo utilizan métodos y materiales que son de fácil acceso y bajo costo. Además, el diseño proporciona un ambiente acogedor para el plasmodium a habitat, que está en contraste con los otros prototipos de memristor de p. polycephalum donde no se intentó mantener la célula viva de cualquier duración de tiempo.
Hasta ahora, ha sido difícil obtener mediciones consistentes V anteriores métodos para cultivar el microorganismo en placas de Petri (figura 5, izquierda). Nuestros métodos de mejoraron significativamente este escenario (figura 6). Los resultados de nuestro receptáculo pruebas han demostrado que el diseño ha disminuido el tiempo de crecimiento, mayor vida útil, estandarizado de respuestas componentes y creado un microambiente protegido para encapsular el organismo. Además, el dispositivo proporciona medios factibles de integrar el organismo como componente de un esquema eléctrico.
El método presentado alivia una serie de cuestiones relacionadas con el aprovechamiento de p. polycephalum memristores dentro de sistemas eléctricos. Sin embargo, existen limitaciones que requieren más investigación y desarrollo. En primer lugar, condensación puede recoger en la superficie interna del tubo de conexión si los recipientes están sometidos a un rápido cambio de temperatura o si se aplica un alto voltaje para las duraciones largas. El último es debido a alta resistencia del organismo haciendo que la energía eléctrica transferida en calor. Si significativo, la condensación puede crear una vía baja resistente entre los dos electrodos en los extremos del tubo de conexión. Esta limitación se puede manejar con eficacia garantizando que no se sobrecarguen los memristores. En segundo lugar, la resistencia total de memristores producida utilizando el método presentado puede variar de componente a componente. Este fenómeno puede ser el resultado del enfoque no restringiendo el diámetro externo del tubo protoplásmico. En consecuencia, los usuarios deba incorporar un proceso de calibración de la aplicación de los memristores.
Gracias a esta metodología, podemos empezar ahora a estudiar los procesos biológicos que están causando memristive observaciones de p. polycephalum. Es probable que tales procesos tengan parámetros dinámicos que podamos explotar para aumentar el uso del elemento. Hemos comenzado a ejecutar algunos experimentos preliminares donde se alteran las concentraciones extracelulares de iones para revisar si un papel de canales voltaje-bloqueados del ion en memristance.
Los recipientes presentados fueron diseñados exclusivamente para la implementación de p. polycephalum memristores. Estos dispositivos suelen, sin embargo, tener aplicaciones más allá de la aplicación de un solo componente. Por ejemplo, en referencias12,18, el protoplásmico tubo fue estudiado como una uno mismo-montaje y reparación automática alambre biológica. En tanto estas investigaciones, los investigadores expresaron que era necesario seguir trabajando para establecer métodos de cultivo el protoplásmico tubo según un esquema. Las tomas presentadas en este documento proporcionan un método de delinear la producción del tubo entre dos, o potencialmente más puntos. La figura 7 muestra dos fotografías que ilustran que los recipientes pueden utilizarse para crecer sanos tubos en longitudes de más de 100 mm. En referencia18, se investigó la función de transferencia del tubo protoplásmica. Los resultados de esta investigación indicaron que el agar necesario para crecer de los tubos puede causar un problema si el organismo iba a integrarse en un sistema eléctrico. Esto es debido a la capacitancia del sustrato. Las tomas presentadas aquí requieren todavía agar para mantener la humedad alta. Sin embargo, con pequeños cambios al diseño del recipiente, es posible crear un tubo desmontable. Esta configuración puede permitir el tubo a desconectar las cámaras una vez que el crecimiento es completo y recortadas en un sistema eléctrico. Además, una vez que la salud del tubo comienza a deteriorarse, se podría volver a conectarse cámaras nuevas para comida y descanso hasta que se haya reparado y puede ser utilizado otra vez. La figura 8 muestra una fotografía de tubos largos que ha sido desconectado de las cámaras. Se necesitan investigaciones futuras para investigar propiedades eléctricas las protoplásmico del tubo sin el agar y cuando se cultiva en las longitudes utilizando el método presentado.

Computadoras de hoy se construyen utilizando los tres elementos fundamentales circuito pasivo de dos terminales: el condensador, la resistencia y el inductor. Elementos pasivos sólo son capaces de disipar o almacenamiento de energía, no generarla. Estos elementos se establecieron en la 18th ydel siglo 19 y se ligan a través de las ecuaciones de Maxwell. Definimos cada uno de estos componentes de tres circuito en términos de su relación entre dos de las variables del circuito de cuatro, a saber, corriente (I), voltaje (V), carga (Q) y acoplamiento de flujo (φ). La carga es el integral del tiempo de la corriente y ley de Faraday define la tensión como la integral de tiempo del flujo. Así, un condensador se define por una relación entre el voltaje y la carga, una resistencia se define por una relación entre voltaje y corriente, y el inductor es definido por una relación entre flujo y corriente. Para bien sobre un siglo, estos elementos fueron una piedra angular de la electrónica. Sin embargo, representan sólo tres de los posibles pares de cuatro relación entre las variables del circuito, dejando flujo-acoplamiento y carga disociados. En 1971, Leon Chua publicó un papel1 donde él postuló que había un cuarto elemento que falta que las dos variables restantes, que él llamó el memristor. El memristor puede ser descrito como un resistor que recuerda su historia, por lo tanto la contracción 'resistencia memoria.' Funciones de este elemento, alterando su resistencia según la magnitud del voltaje aplicado previamente y su duración. Por otra parte, el memristor conserva su último estado de la resistencia una vez que ya no se aplica la tensión. A diferencia del condensador, resistor y inductor, comportamiento del memristor es no lineal, que es evidente en su perfil-V donde se forma un lazo de histéresis aprisionamiento bajo una tensión de CA. Este circuito toma la forma de una figura de Lissajous que contiene dos oscilaciones perpendiculares de Estados resistentes a altas y bajas. Antes teoría de memristance formalizado de Chua, otros investigadores habían informado sobre los efectos de memoria de la resistencia a ciertas frecuencias cuando experimentar con materiales tales como polímeros y óxidos metálicos, junto con el desarrollo de dispositivos eléctricos en el micrómetro escala2. Sin embargo, en muchos casos, estos efectos fueron considerados indeseables. Tardó casi cuarenta años para formalización de Chua para conectarse a un dispositivo físico y para los investigadores comenzar a desarrollar métodos de explotar efectos de memristive. Un equipo en los laboratorios de HP tuvo éxito en la fabricación de un dispositivo de memristive en 20083 que encendió el enorme interés en el elemento.
Científicos de la computación tienen un gran interés en el memristor debido a que se acredita como el primer elemento para combinar capacidades de procesamiento y memoria en una sola unidad. También muestra comportamientos que son análogas a ciertos procesos neurológicos como Spike-tiempo-dependiente de la plasticidad (STDP)4, por nombrar uno. Tales conductas están dando lugar a perspectivas de construir cerebro-como tecnologías de computación que renunciar a la distinción entre la memoria y la unidad central de procesamiento (o CPU)5. En contraste con los enfoques populares al desarrollo de memristores (con TiO2, por ejemplo), nuestra ambición es desarrollar un memristor de bio orgánico. Además, estamos interesados en cómo este componente puede proporcionar medios de explorar paradigmas más allá de los enfoques convencionales para dispositivos informáticos de ingeniería; por ejemplo, aplicaciones creativas en el campo de la música por ordenador6.
Memristance es un efecto que los investigadores han descubierto recientemente en toda una gama de sistemas biológicos. Por ejemplo, se han observado propiedades memristive en aloe vera plantas7 y piel humana8para citar sino dos. Estos descubrimientos indican que es posible implementar dispositivos de procesamiento y memoria en los substratos biológicos. Aprovechamiento de sistemas orgánicos dentro de la tecnología puede permitir a nosotros para explorar conceptos interesantes tales como uno mismo-Asamblea, reparación automática y de bajo impacto ambiental y la alimentación. Antes de que podemos investigar estas oportunidades sin embargo, varios retos deben abordarse. Muchos de los sistemas biológicos que tienen propiedades memristive tienen importantes limitaciones que limitan su viabilidad como un componente electrónico real. Por ejemplo, una hoja de aloe vera7 necesita luz, tiene una vida útil limitada y sería difícil de integrar en un circuito. Además, varios otros en vivo memristive fenómenos, tales como conductos de sudor humano8, no son opciones factibles en la actualidad para el desarrollo de sistemas para su uso fuera del laboratorio y en sistemas electrónicos todos los días. Sin embargo, de todos los fenómenos de memristive, hay un candidato de potenciales: p. polycephalum.
El plasmodium p. polycephalum es un sistema unicelular amorfo que se ha descubierto como un componente de memristive9,10. Este microorganismo es un candidato ideal para la investigación en electrónica de hardware wetware híbrido para un número de razones. En primer lugar, el organismo es macroscópico, no patógenas y no exige el uso de equipo de especialista, que hace accesible a los ingenieros y biólogos no el plasmodium. En segundo lugar, la célula es amorfa, forma redes de cable-como las venas y crecerá en la mayoría de sustratos (figura 1). Estas propiedades permiten la morfología de la célula delinear fácilmente para ajustarse a un esquema eléctrico convencional. También hay investigaciones que demuestran que el plasmodium puede vivir por más de cuatro años11, y que sus venas pueden actuar como uno mismo-reparación vías conductoras12. Varios estudios de laboratorio han confirmado memristive habilidades9,10,13 del organismo y ahora es hora de explorar su potencial.
La idea de usar P. polycephalum memristores es relativamente nuevo. Como resultado, hay no hay normas establecidas para la medición y observación de sus características eléctricas. Falta de uniformidad en procedimientos experimentales del mismo grupo y entre grupos puede ser la razón que hay incongruencias entre publicado resultados9,10. Es probable que dicha variación es más prominente en su manejo y las condiciones de crecimiento de la muestra. Así, debemos establecer métodos para la producción y pruebas memristores de p. polycephalum donde factores que podrían causar errores son mejor controlado y supervisado.  Además, tenemos que crear métodos de aplicación de p. polycephalum memristores que permiten estable y fácil integración en sistemas eléctricos.
El método presentado en este artículo proporciona una plataforma para la exploración de aplicaciones prácticas de p. polycephalum memristores proporcionando medios de incorporar el organismo como un componente en un diagrama eléctrico esquemático. Es probable que estas técnicas serán de interés para ingenieros buscan para explorar aplicaciones reales de sistemas de hardware wetware híbridos. Además, es accesible a los no expertos (por ejemplo, los entusiastas de prototipos electrónicos de código abierto) que puede estar interesado en experimentar con aspectos de la computación no convencional pero les ha resultado difícil encontrar prototipos para adaptarse a sus necesidades. Algunas aplicaciones potenciales pueden incluir modelos probabilísticos aprovechar los memristores clavar comportamiento, desarrollar enfoques a realizar con lunifo operaciones, modelado de procesos neurológicos para almacenamiento de información y procesamiento.

<table><tbody><tr><td>Conductive PLA filament 2.85mm</td><td>Functionalize</td><td>FE_1LB_2.85MM</td><td>Conductive 3D Printing Filament</td></tr><tr><td>HIPS Filament 3mm 1KG (black)</td><td>NuNus</td><td>104856</td><td>3D printing filament</td></tr><tr><td>Cleaning Filament, 3mm, 0.1 kg, Natural</td><td>3D Prima</td><td>3DPCLEAN300</td><td>3D cleaning filament</td></tr><tr><td>Lulzbot Taz 5</td><td>Lulzbot</td><td>TAZ 5</td><td>3D printer</td></tr><tr><td>Agar powder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>0504</td><td>Non-nutrient microbiological Agar powder</td></tr><tr><td>4mm ID x 6mm OD Clear PVC Tubing Pipe Hose 5 Metres</td><td>Amazon</td><td>B008NC4JUO</td><td>Roll of PVC tubing</td></tr><tr><td>Physarum polycephalum Plasmodium, Living, Plate</td><td>Carolina Biological Supply Company</td><td>156193</td><td>Plasmodium culture.</td></tr><tr><td>Oat Flakes</td><td>Carolina Biological Supply Company</td><td></td><td>Oak flakes to feed the Plasmoidum</td></tr><tr><td>Cura</td><td>Lulzbot</td><td>Cura LulzBot Edition</td><td>https://www.lulzbot.com/cura</td></tr><tr><td>230 Programmable Voltage Source</td><td>Keithley Instruments</td><td></td><td>Voltage source instrument.</td></tr><tr><td>617 Programmable Electrometer</td><td>Keithley Instruments</td><td></td><td>Electrometer to measure low currents.</td></tr></tbody></table>

a method for growing bio-memristors from slime mold

Nuestra investigación está orientada a obtener una mejor comprensión de las propiedades electrónicas de los organismos con el fin de diseñar nuevos sistemas bioelectrónicas y arquitecturas informáticas basadas en biología. Este trabajo específico se centra en aprovechar el molde de limo unicelular Physarum polycephalum desarrollar bio-memristores (o memristores biológica) y dispositivos de bio-informática. El memristor es una resistencia que posee memoria. Es el 4 º circuito pasivo fundamental elemento (los otros tres son el resistor, el capacitor y el inductor), que está allanando el camino para el diseño de nuevos tipos de sistemas informáticos; por ejemplo, los equipos que podría renunciar a la distinción entre almacenamiento y una unidad central de procesamiento. Cuando se aplica con un voltaje de CA, la corriente vs característica del voltaje de un memristor es un lazo de histéresis pinchado. Se ha demostrado que p. polycephalum produce lazos de histéresis aprisionamiento bajo voltajes de CA y muestra un comportamiento adaptativo que es comparable con el funcionamiento de un memristor. Este trabajo presenta el método que hemos desarrollado para la aplicación de bio-memristores con p. polycephalum y presenta el desarrollo de un receptáculo para el organismo, lo que facilita su despliegue como un componente de circuito electrónico de la cultura. Nuestro método ha demostrado disminuir el tiempo de crecimiento, aumentar la vida útil del componente y estandarizar eléctricos observaciones.

Para obtener resultados representativos, hemos creado 5 muestras utilizando el método descrito anteriormente. Para un control, 5 muestras también fueron arregladas con el método descrito en la primera p. polycephalum memristor investigaciones9,10. Aquí, nos coloca dos electrodos espaciados a una distancia de aproximadamente 10 mm dentro de platos de Petri de 60 mm. Cada electrodo consistió en un círculo (~ 20 mm de diámetro) de alambre de cobre estañado (16 soportes a 0.2 mm) con un no-nutrientes de 2% agar desionizada (2 mL). Todas las muestras fueron monitoreadas a través de imágenes de lapso de tiempo revisar tiempo de crecimiento. Aquí, las muestras de 5 receptáculo conectan los dos electrodos dentro de las 10 h de la inoculación. El más rápido de estos creció en menos de 2 h y 10 h, con el tiempo de crecimiento promedio a través de todas las 5 muestras de 7 h 24 min fue el más largo. Cuatro de las muestras de control producen una vinculación tubo protoplasmática y uno propaga fuera el electrodo de inoculación pero se secó antes de que hiciera la conexión necesaria. El más rápido de las muestras de control hace su conexión dentro de las 19 h mientras que la más lenta 36 h, con un tiempo promedio a través de muestras de control de 26 h 15min. Estos datos muestran una disminución significativa en el tiempo de crecimiento de memristores crecido utilizando el método presentado.
El perfil-V de un memristor es su característica más distintiva. Como tal, realizamos mediciones de-V en las muestras para obtener resultados representativos para este papel. Aquí, se hicieron medidas de corriente instantáneas en cada punto de una onda senoidal de tensión de paso de 160. Cada paso de voltaje un tiempo estático de 2 mediciones eléctricas s. se hizo utilizando una fuente de voltaje programable 230 y un Electrómetro programable 617. Estos dispositivos fueron seleccionados ya que son capaces del abastecimiento tensión y tomar medidas en altas resoluciones. Experimentos se realizaron a temperatura ambiente en una habitación apagada.
La figura 6 muestra las curvas V típicos producidas a partir de pruebas de p. polycephalum memristores. Figura 6 c y 6 d Mostrar diagramas con las medidas representativas de los componentes en las placas Petri. Usando este método los resultados muestran que, aunque medidas en la misma muestra las curvas son morfológicamente similares, histéresis varía mucho de muestra a muestra. Dicha variación incluye la ubicación de puntos de pellizco, la magnitud de lóbulos positivos y negativos y la simetría entre las mediciones en los dominios de voltaje negativo y positivo. Así, curvas-V medidas en memristores utilizando el método del plato de Petri no son la huella de un memristor 'ideal' porque no son puntos de pellizco a cero voltaje y corriente. Figura 6a y 6b muestran gráficos con mediciones representativas de memristores en los receptáculos. La ubicación del punto de pellizco y lóbulo tamaños de estos lazos de histéresis son relativamente constantes en curvas muestra discreta ensayadas distintos rangos de voltaje y pasos de tiempo y muestra a muestra las curvas. Por lo tanto, las curvas i-v de receptáculo estaban más evocador de la huella de un memristor 'ideal', donde siempre eran singulares puntos de pellizco y casi constantemente en tensión y corriente. Sin embargo, aunque morfologías de histéresis eran muestras similares, hubo variación en la resistencia total entre muestras. .
Después se realizaron las mediciones de V inicial, se realizaron pruebas en cada muestra una vez al día hasta que no presentaban curvas memristive. De las muestras de control de 4, 2 secado dentro de 2 días de pruebas iniciales, mientras que las 2 restantes continuó a registrar curvas pinchadas durante 2 días más. Las muestras del recipiente mantienen su memristance durante al menos 7 días, con 3 muestras superior a. Con el tiempo, cada uno de los tubos protoplasmática del receptáculo se convirtió más densamente y hubo una disminución en la resistencia general, con algunas muestras de medición en la x 10-04 rango de 10 V funciona contra A x 10-05 en sus pruebas anteriores.
El lector es referido al artículo por Braund14 para obtener los resultados en la prueba extensa del receptáculo presentado.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
Figura 1: Una fotografía de una cultura de día 2 de plasmodium de p. polycephalum. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
Figura 2: Una captura de pantalla del archivo STL recipiente después se carga en el software de corte de. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
Figura 3: una captura de pantalla del archivo STL electrodo después de se carga en el software de corte de. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
Figura 4: Una captura de pantalla de la configuración para la impresión del modelo STL de electrodo.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
Figura 5: Dos fotografías que representan p. polycephalum memristores implementado en una placa Petri (izquierda) y utilizando el método presentado en este trabajo (derecha). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
Figura 6: Cuatro gráficos-V que fueron producidos de dos memristores cultivados en recipientes (a, b) y dos en platos de Petri (c, d). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
Figura 7: Fotografías mostrando el recipiente se utiliza para crecer tubos en varias medidas.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / &gt; Figura 8: una fotografía que mostraba tubos protoplásmico que han sido desconectados de las cámaras de.

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A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

Un método para el cultivo de Bio-memristores de molde de limo

Este trabajo presenta un método mejorado para el cultivo de bio-memristores de plasmodium de Physarum polycephalum. Este método ha demostrado disminuir el tiempo de crecimiento, aumentar la vida útil del componente, estandarizar observaciones eléctricos y crear un ambiente protegido que puede integrarse en circuitos convencionales.

Our research is aimed at gaining a better understanding of the electronic properties of organisms in order to engineer novel bioelectronic systems and ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.9K vistas.  Plymouth University. Este trabajo presenta un método mejorado para el cultivo de bio-memristores de plasmodium de Physarum polycephalum. Este método ha demostrado disminuir el tiempo de crecimiento, aumentar la vida útil del componente, estandarizar observaciones eléctricos y crear un ambiente protegido que puede integrarse en circuitos convencionales.

Video: A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

Design and Use of a Low Cost, Automated Morbidostat for Adaptive Evolution of Bacteria Under Antibiotic Drug Selection

We describe a low cost, configurable morbidostat for characterizing the evolutionary pathway of antibiotic resistance. The morbidostat is a bacterial culture device that continuously monitors bacterial growth and dynamically adjusts the drug concentration to constantly challenge the bacteria as they evolve to acquire drug resistance. The device features a working volume of ~10 ml and is fully automated and equipped with optical density measurement and micro-pumps for medium and drug delivery. To validate the platform, we measured the stepwise acquisition of trimethoprim resistance in Escherichia coli MG 1655, and integrated the device with a multiplexed microfluidic platform to investigate cell morphology and antibiotic susceptibility. The approach can be up-scaled to laboratory studies of antibiotic drug resistance, and is extendible to adaptive evolution for strain improvements in metabolic engineering and other bacterial culture experiments.

We describe a low cost, configurable morbidostat that enables the characterization of antibiotic drug resistance by dynamically adjusting the drug concentration. The device can be integrated with a multiplexed microfluidic platform. The approach can be scaled up for laboratory antibiotic drug resistance studies.

Diseño y Uso de un bajo coste, Automatizado Morbidostat para Adaptive Evolución de las bacterias a los antibióticos En la selección de fármacos

We describe a low cost, configurable morbidostat for characterizing the evolutionary pathway of antibiotic resistance. The morbidostat is a bacterial ...

Investigación

Genética

Chemotactic Response of Marine Micro-Organisms to Micro-Scale Nutrient Layers

The degree to which planktonic microbes can exploit microscale resource patches will have considerable implications for oceanic trophodynamics and biogeochemical flux. However, to take advantage of nutrient patches in the ocean, swimming microbes must overcome the influences of physical forces including molecular diffusion and turbulent shear, which will limit the availability of patches and the ability of bacteria to locate them. Until recently, methodological limitations have precluded direct examinations of microbial behaviour within patchy habitats and realistic small-scale flow conditions. Hence, much of our current knowledge regarding microbial behaviour in the ocean has been procured from theoretical predictions. To obtain new information on microbial foraging behaviour in the ocean we have applied soft lithographic fabrication techniques to develop 2 microfluidic devices, which we have used to create (i) microscale nutrient patches with dimensions and diffusive characteristics relevant to oceanic processes and (ii) microscale vortices, with shear rates corresponding to those expected in the ocean. These microfluidic devices have permitted a first direct examination of microbial swimming and chemotactic behaviour within a heterogeneous and dynamic seascape. The combined use of epifluorescence and phase contrast microscopy allow direct examinations of the physical dimensions and diffusive characteristics of nutrient patches, while observing the population-level aggregative response, in addition to the swimming behaviour of individual microbes. These experiments have revealed that some species of phytoplankton, heterotrophic bacteria and phagotrophic protists are adept at locating and exploiting diffusing microscale resource patches within very short time frames. We have also shown that up to moderate shear rates, marine bacteria are able to  fight the flow  and swim through their environment at their own accord. However, beyond a threshold high shear level, bacteria are aligned in the shear flow and are less capable of swimming without disturbance from the flow. Microfluidics represents a novel and inexpensive approach for studying aquatic microbial ecology, and due to its suitability for accurately creating realistic flow fields and substrate gradients at the microscale, is ideally applicable to examinations of microbial behaviour at the smallest scales of interaction.  We therefore suggest that microfluidics represents a valuable tool for obtaining a better understanding of the ecology of microorganisms in the ocean.

The fabrication of microfluidic channels and their implementation in experiments for studying the chemotactic foraging behaviour of marine microbes within a patchy nutrient seascape and the swimming behaviour of bacteria within shear flow are described.

Respuesta quimiotáctica de los microorganismos marinos a escala micro nutrientes Capas

The degree to which planktonic microbes can exploit microscale resource patches will have considerable implications for oceanic trophodynamics and ...

Biología

Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars

Several bacterial species possess the ability to attach to surfaces and colonize them in the form of thin films called biofilms. Biofilms that grow in porous media are relevant to several industrial and environmental processes such as wastewater treatment and CO2 sequestration. We used Pseudomonas fluorescens, a Gram-negative aerobic bacterium, to investigate biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media. The microfluidic device consists of an array of micro-posts, which were fabricated using soft-lithography. Subsequently, biofilm formation in these devices with flow was investigated and we demonstrate the formation of filamentous biofilms known as streamers in our device. The detailed protocols for fabrication and assembly of microfluidic device are provided here along with the bacterial culture protocols. Detailed procedures for experimentation with the microfluidic device are also presented along with representative results.

Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated.

Protocolo para Biofilm Streamer Formación en un dispositivo de microfluidos con Micro-pilares

Several bacterial species possess the ability to attach to surfaces and colonize them in the form of thin films called biofilms. Biofilms that grow in ...

Bioingeniería

Design, Surface Treatment, Cellular Plating, and Culturing of Modular Neuronal Networks Composed of Functionally Inter-connected Circuits

The brain operates through the coordinated activation and the dynamic communication of neuronal assemblies. A major open question is how a vast repertoire of dynamical motifs, which underlie most diverse brain functions, can emerge out of a fixed topological and modular organization of brain circuits. Compared to in vivo studies of neuronal circuits which present intrinsic experimental difficulties, in vitro preparations offer a much larger possibility to manipulate and probe the structural, dynamical and chemical properties of experimental neuronal systems. This work describes an in vitro experimental methodology which allows growing of modular networks composed by spatially distinct, functionally interconnected neuronal assemblies. The protocol allows controlling the two-dimensional (2D) architecture of the neuronal network at different levels of topological complexity.
A desired network patterning can be achieved both on regular cover slips and substrate embedded micro electrode arrays. Micromachined structures are embossed on a silicon wafer and used to create biocompatible polymeric stencils, which incorporate the negative features of the desired network architecture. The stencils are placed on the culturing substrates during the surface coating procedure with a molecular layer for promoting cellular adhesion. After removal of the stencils, neurons are plated and they spontaneously redirected to the coated areas. By decreasing the inter-compartment distance, it is possible to obtain either isolated or interconnected neuronal circuits. To promote cell survival, cells are co-cultured with a supporting neuronal network which is located at the periphery of the culture dish. Electrophysiological and optical recordings of the activity of modular networks obtained respectively by using substrate embedded micro electrode arrays and calcium imaging are presented. While each module shows spontaneous global synchronizations, the occurrence of inter-module synchronization is regulated by the density of connection among the circuits.

This manuscript describes a protocol to grow in vitro modular networks consisting of spatially confined, functionally inter-connected neuronal circuits. A polymeric mask is used to pattern a protein layer to promote cellular adhesion over the culturing substrate. Plated neurons grow on coated areas establishing spontaneous connections and exhibiting electrophysiological activity.

Diseño, tratamiento de superficies, Celular Forrado, y cultivo de Modular Redes Neuronales Compuesto de circuitos conectados-Inter Funcionalmente

The brain operates through the coordinated activation and the dynamic communication of neuronal assemblies. A major open question is how a vast repertoire ...

Neurociencias

Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes

The ability to recreate synaptic functionalities in synthetic circuit elements is essential for neuromorphic computing systems that seek to emulate the cognitive powers of the brain with comparable efficiency and density. To date, silicon-based three-terminal transistors and two-terminal memristors have been widely used in neuromorphic circuits, in large part due to their ability to co-locate information processing and memory. Yet these devices cannot achieve the interconnectivity and complexity of the brain because they are power-hungry, fail to mimic key synaptic functionalities, and suffer from high noise and high switching voltages. To overcome these limitations, we have developed and characterized a biomolecular memristor that mimics the composition, structure, and switching characteristics of biological synapses. Here, we describe the process of assembling and characterizing biomolecular memristors consisting of a 5 nm-thick lipid bilayer formed between lipid-functionalized water droplets in oil and doped with voltage-activated alamethicin peptides. While similar assembly protocols have been used to investigate biophysical properties of droplet-supported lipid membranes and membrane-bound ion channels, this article focuses on key modifications of the droplet interface bilayer method essential for achieving consistent memristor performance. Specifically, we describe the liposome preparation process and the incorporation of alamethicin peptides in lipid bilayer membranes, and the appropriate concentrations of each constituent as well as their impact on the overall response of the memristors. We also detail the characterization process of biomolecular memristors, including measurement and analysis of memristive current-voltage relationships obtained via cyclic voltammetry, as well as short-term plasticity and learning in response to step-wise voltage pulse trains.

Soft, low-power, biomolecular memristors leverage similar composition, structure, and switching mechanisms of bio-synapses. Presented here is a protocol to assemble and characterize biomolecular memristors obtained from insulating lipid bilayers formed between water droplets in oil. The incorporation of voltage-activated alamethicin peptides results in memristive ionic conductance across the membrane.

Montaje y caracterización de memristores Biomolecular consisten en membranas lipídicas dopado canal iónico

The ability to recreate synaptic functionalities in synthetic circuit elements is essential for neuromorphic computing systems that seek to emulate the ...

Generating Controlled, Dynamic Chemical Landscapes to Study Microbial Behavior

We demonstrate a method for the generation of controlled, dynamic chemical pulses&#8213;where localized chemoattractant becomes suddenly available at the microscale&#8213;to create micro-environments for microbial chemotaxis experiments. To create chemical pulses, we developed a system to introduce amino acid sources near-instantaneously by photolysis of caged amino acids within a polydimethylsiloxane (PDMS) microfluidic chamber containing a bacterial suspension. We applied this method to the chemotactic bacterium, Vibrio ordalii, which can actively climb these dynamic chemical gradients while being tracked by video microscopy. Amino acids, rendered biologically inert (&#39;caged&#39;) by chemical modification with a photoremovable protecting group, are uniformly present in the suspension but not available for consumption until their sudden release, which occurs at user-defined points in time and space by means of a near-UV-A focused LED beam. The number of molecules released in the pulse can be determined by a calibration relationship between exposure time and uncaging fraction, where the absorption spectrum after photolysis is characterized by using UV-Vis spectroscopy. A nanoporous polycarbonate (PCTE) membrane can be integrated into the microfluidic device to allow the continuous removal by flow of the uncaged compounds and the spent media. A strong, irreversible bond between the PCTE membrane and the PDMS microfluidic structure is achieved by coating the membrane with a solution of 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) followed by plasma activation of the surfaces to be bonded. A computer-controlled system can generate user-defined sequences of pulses at different locations and with different intensities, so as to create resource landscapes with prescribed spatial and temporal variability. In each chemical landscape, the dynamics of bacterial movement at the individual scale and their accumulation at the population level can be obtained, thereby allowing the quantification of chemotactic performance and its effects on bacterial aggregations in ecologically relevant environments.

A protocol for the generation of dynamic chemical landscapes by photolysis within microfluidic and millifluidic setups is presented. This methodology is suitable to study diverse biological processes, including the motile behavior, nutrient uptake, or adaptation to chemicals of microorganisms, both at the single cell and population level.

Generación de paisajes químicos controlados y dinámicos para estudiar el comportamiento microbiano

We demonstrate a method for the generation of controlled, dynamic chemical pulses&#8213;where localized chemoattractant becomes suddenly available at the ...

Automation of Bio-Atomic Force Microscope Measurements on Hundreds of C. albicans Cells

The method presented in this paper aims to automate Bio-AFM experiments and the recording of force curves. Using this method, it is possible to record forces curves on 1000 cells in 4 hours automatically. To maintain a 4 hour analysis time, the number of force curves per cell is reduced to 9 or 16. The method combines a Jython based program and a strategy for assembling cells on defined patterns. The program, implemented on a commercial Bio-AFM, can center the tip on the first cell of the array and then move, automatically, from cell to cell while recording force curves on each cell. Using this methodology, it is possible to access the biophysical parameters of the cells such as their rigidity, their adhesive properties, etc. With the automation and the large number of cells analyzed, one can access the behavior of the cell population. This is a breakthrough in the Bio-AFM field where data have, so far, been recorded on only a few tens of cells.

Automation of Bio-Atomic Force Microscope Measurements on Hundreds of C. albicans Cells

This protocol aims to automate AFM measurements on hundreds of microbial cells. First, microbes are immobilized into PDMS stamp microstructures and then force spectroscopy measurements are performed automatically on hundreds of immobilized cells.

Automatización De Las Mediciones De Microscopio De Fuerza Bio-Atómica En Cientos De Células De C. albicans

The method presented in this paper aims to automate Bio-AFM experiments and the recording of force curves. Using this method, it is possible to record ...

Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography

Biomimetics is the use of chemistry and material sciences to mimic biological systems, specifically biological structures, to better humankind. Recently, biomimetic surfaces mimicking the microstructure of leaf surface, were used to study the effects of leaf microstructure on leaf-environment interactions. However, no such tool exists for roots. We developed a tool allowing the synthetic mimicry of the root surface microstructure into an artificial surface. We relied on the soft lithography method, known for leaf surface microstructure replication, using a two-step process. The first step is the more challenging one as it involves the biological tissue. Here, we used a different polymer and curing strategy, relying on the strong, rigid, polyurethane, cured by UV for the root molding. This allowed us to achieve a reliable negative image of the root surface microstructure including the delicate, challenging features such as root hairs. We then used this negative image as a template to achieve the root surface microstructure replication using both the well-established polydimethyl siloxane (PDMS) as well as a cellulose derivative, ethyl cellulose, which represents a closer mimic of the root and which can also be degraded by cellulase enzymes secreted by microorganisms. This newly formed platform can be used to study the microstructural effects of the surface in root-microorganism interactions in a similar manner to what has previously been shown in leaves. Additionally, the system enables us to track the microorganism&#8217;s locations, relative to surface features, and in the future its activity, in the form of cellulase secretion.

Biomimetics has been previously used as a tool to study leaf-microorganism interactions. However, no such tool exists for roots. Here, we develop a protocol to form synthetic surfaces mimicking root surface microstructure for the study of root-environment interactions.

Replicación biomimética de la microestructura de superficie raíz mediante alteración de la litografía blanda

Biomimetics is the use of chemistry and material sciences to mimic biological systems, specifically biological structures, to better humankind. Recently, ...

Using Microfluidic Devices to Measure Lifespan and Cellular Phenotypes in Single Budding Yeast Cells

Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects on the lifespan across species. However, the molecular causes of aging and death remain elusive. To gain a systematic understanding of the molecular mechanisms underlying yeast aging, we need high-throughput methods to measure lifespan and to quantify various cellular and molecular phenotypes in single cells. Previously, we developed microfluidic devices to track budding yeast mother cells throughout their lifespan while flushing away newborn daughter cells. This article presents a method for preparing microfluidic chips and for setting up microfluidic experiments. Multiple channels can be used to simultaneously track cells under different conditions or from different yeast strains. A typical setup can track hundreds of cells per channel and allow for high-resolution microscope imaging throughout the lifespan of the cells. Our method also allows detailed characterization of the lifespan, molecular markers, cell morphology, and the cell cycle dynamics of single cells. In addition, our microfluidic device is able to trap a significant amount of fresh mother cells that can be identified by downstream image analysis, making it possible to measure the lifespan with higher accuracy.

This article presents a protocol optimized for the production of microfluidic chips and the setup of microfluidic experiments to measure the lifespan and cellular phenotypes of single yeast cells.

El uso de dispositivos de microfluidos para Medir Lifespan y Celular fenotipos en células individuales levadura en ciernes

Budding yeast Saccharomyces cerevisiae is an important model organism in aging research. Genetic studies have revealed many genes with conserved effects ...

Aplicaciones de la impresión 3D para dispositivos de cultivo de células neuronales a microescala

Two-Photon Polymerization 3D-Printing of Micro-scale Neuronal Cell Culture Devices

Neuronal cultures have been a reference experimental model for several decades. However, 3D cell arrangement, spatial constraints on neurite outgrowth, and realistic synaptic connectivity are missing. The latter limits the study of structure and function in the context of compartmentalization and diminishes the significance of cultures in neuroscience. Approximating ex vivo the structured anatomical arrangement of synaptic connectivity is not trivial, despite being key for the emergence of rhythms, synaptic plasticity, and ultimately, brain pathophysiology. Here, two-photon polymerization (2PP) is employed as a 3D printing technique, enabling the rapid fabrication of polymeric cell culture devices using polydimethyl-siloxane (PDMS) at the micrometer scale. Compared to conventional replica molding techniques based on microphotolitography, 2PP micro-scale printing enables rapid and affordable turnaround of prototypes. This protocol illustrates the design and fabrication of PDMS-based microfluidic devices aimed at culturing modular neuronal networks. As a proof-of-principle, a two-chamber device is presented to physically constrain connectivity. Specifically, an asymmetric axonal outgrowth during ex vivo development is favored and allowed to be directed from one chamber to the other. In order to probe the functional consequences of unidirectional synaptic interactions, commercial microelectrode arrays are chosen to monitor the bioelectrical activity of interconnected neuronal modules. Here, methods to 1) fabricate molds with micrometer precision and 2) perform in vitro multisite extracellular recordings in rat cortical neuronal cultures are illustrated. By decreasing costs and future widespread accessibility of 2PP 3D-printing, this method will become more and more relevant across research labs worldwide. Especially in neurotechnology and high-throughput neural data recording, the ease and rapidity of prototyping simplified in vitro models will improve experimental control and theoretical understanding of in vivo large-scale neural systems.

Autor destacado: Redes neuronales modulares para analizar las funciones cerebrales

3D printing at the micrometer scale enables rapid prototyping of polymeric devices for neuronal cell cultures. As a proof-of-principle, structural connections between neurons were constrained by creating barriers and channels influencing neurite outgrowth, while the functional consequences of such manipulation were observed by extracellular electrophysiology.

Impresión 3D de polimerización de dos fotones de dispositivos de cultivo de células neuronales a microescala

Neuronal cultures have been a reference experimental model for several decades. However, 3D cell arrangement, spatial constraints on neurite outgrowth, ...