מחקר זה מומן על ידי בית הספר למדעי הרוח של אוניברסיטת פלימות ואמנויות הבמה. המחברים רוצה להכיר Functionalize כדי לספק דגימות של ה-PLA מוליך שלהם.

1-ייצור של קיבול מודפס 3D <ol><li>צ'יימברס, העפעפיים, ובסיס <ol><li>טען תלת-ממד מדפסת עם High-השפעה פוליסטירן (ירכיים) באמצעות ממשק המדפסת לקביעת הטמפרטורה מיטה הדפסה 85 ° C ו. המתקן עד 230 מעלות צלזיוס. כאשר הטמפרטורות הן הגיעו, שחרר את הזרוע תמך, הכנס את הסיב ולאחר לדחוף למטה עד שהוא מתחיל הבלטת מהחלק חם. ולאחר מכן יש להמ־ שיך הזרוע תמך פילמנט ולהסיר החומר מעוקם.</li>
		<li>לייבא את הקובץ דגם תלת-ממד קיבול STL הדפסת תלת-ממד עם פרוסות תוכנה, אשר יכולה להיות מושגת בדרך כלל על-ידי ניווט אל הכרטיסיה קובץ ובחירה באפשרויות הייבוא/פתיחה ( איור 2).</li>
		<li>אם חותך התוכנה מציעה גבוה ונמוך איכות הגדרות הדפסה, בחר באיכות גבוהה תוך הקפדה גם על כי הפרופיל גשמי הנכון נבחר. 
		הערה: אם הדפסת מספר כלי קיבול ב. סיבוב אחד, ודא שהתוכנות מוגדרות להדפיס כל אובייקט אחד בכל פעם. אם המערכת תדלג על שלב זה, איכות ההדפסה עלול להיות מופחת, אשר ככל הנראה יגרמו בעיות סובלנות בעת התאמת החלקים יחד.</li>
		<li>לאחר סיום ההדפסה, לחכות עד הטמפרטורה מיטה הדפסה מתחת 50 מעלות כדי להסיר את החלקים.</li>
		<li>בעדינות בעזרת מברשת תיל דק, לנקות את השקע אלקטרודה של פגמים שעלולות לגרום מכשולים בעת התאמת התא עם אלקטרודה.</li>
	</ol></li> <li>אלקטרודות <ol><li>להחליף את הסיב הירכיים עבור נימה ניקוי ורוץ שפע של החומר ראש ההדפסה.</li>
		<li>לטעון את המדפסת עם נימה חומצה (PLA) מוליך חשמלי polylactic שיש resistivity של אמצעי אחסון של Ω 0.75-ס"מ או פחות-</li>
		<li>הטמפרטורה מיטה הדפסה מוגדר 60 ° C ו. המתקן עד 230 מעלות צלזיוס (ראה שלב 1.1.1 להדרכה).</li>
		<li>כאשר הטמפרטורות הן הגיעו, הבלטת כמה סנטימטרים של חוט הלהט דרך ראש ההדפסה. תהליך זה יסייע להבטיח כי כל החלקיקים מהפעלות הקודם יוסרו.</li>
		<li>באמצעות הדפסה 3D עם פרוסות תוכנה, לטעון את הקובץ STL אלקטרודה ( איור 3).</li>
		<li>הגדרות הדפסה, ציין את האפשרויות הבאות: שכבה גובה = 0.16 מ"מ, עובי מעטפת = 1.7 מ"מ, עובי למטה/למעלה = 0.74 מ מ, מילוי צפיפות = 100% ( איור 4).</li>
		<li>אם הדפסת מספר אלקטרודות ב. סיבוב אחד, הגדר את המדפסת כך שתדפיס את אחד בכל פעם.</li>
		<li>פעם מודפס, להשאיר האלקטרודות על מיטה הדפסה עד שהם קיררה. לטמפרטורת החדר. פעולה זו מבטיחה החלק לא להיות מעוותת ולא מעוות.</li>
	</ol></li> <li>קיבול הרכבה <ol><li>חריץ אלקטרודה לתוך כל אחד שני התאים. אם שלב 1.1.5 הושלמה כראוי, האלקטרודות צריכות להכנס הצ'יימברס בלי הרבה כוח.</li>
		<li>באמצעות אזמל חדה, חותכים פיסת 10 מ מ פוליוויניל כלוריד (PVC) אבובים (הקוטר הפנימי של 4 מ מ, 6 מ מ קוטר חיצוני) מטפל על מנת להבטיח כי בכל קצה הוא חתך ישר ובצורה נקיה.</li>
		<li>בעדינות בכל קצה של הצנרת 10 מ מ PVC מעבר שתי אלקטרודות-</li>
		<li>לאחר ההתחברות, שני התאים קליפ לתוך הבסיס.</li>
	</ol></li></ol> 2. קיבול והכנה חיסון polycephalum פ <ol><li>2% אגר הכנה בינונית <ol><li>לשים 2 גר' אבקה אגר מיקרוביולוגית שאינם התזונתי לתוך בקבוק זכוכית 250 מ ל.</li>
		<li>מוסיפים 100 מ של מים יונים ומערבבים היטב.</li>
		<li>אוטוקלב הבקבוק למשך 12-15 דקות-121 מעלות צלזיוס או מקום באמבט מים רותחים במשך 15-20 דק...</li>
	</ol></li> <li>הגדרת מצע אגר לתוך כלי הקיבול בתוספת &#39; s צ'יימברס <ol><li>להמיס את אגר באמצעות תנורים או מיקרוגל.</li>
		<li>למלא פיפטה 2 מ"ל עם אגר מותכת.</li>
		<li>למלא כל אחד הקיבול &#39; צ'יימברס s על-ידי ריחוף של הציפורן של פיפטה כ 5 מ מ מעל הבסיס הפנימי ומילוי לאט הבארות עד לתחתית חיבור צינור חור.</li>
		<li>מיד לאחר מילוי הבארות, במקום מכסה על כל התאים ולהגדיר את כלי הקיבול הצידה עד אגר יש להגדיר והגיע בטמפרטורת החדר.</li>
	</ol></li> <li>Polycephalum פ חיסון <ol><li>מקום של פתית שיבולת שועל בכל אחד מן התאים שני.</li>
		<li>להסיר כתם אחד 2 מ"ל של pseudopods מורעבים (כ 12 h) התרבות של הפלזמודיום ומניחים אותו באחד התאים שני. כדי לקדם צמיחה מהירה, נסה לקחת בפרוטו מן הפעילים ביותר הקדמי של האורגניזם.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Chua, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristor-The+Missing+Circuit+Element.">Memristor-The Missing Circuit Element.</a> IEEE Transactions on Circuit Theory. 18 (5), 507-519 (1971).</li><li>Trefzer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristor+in+a+Nutshell.">Memristor in a Nutshell.</a> Guide to Unconventional Computing for Music. , 159-180 (2017).</li><li>Strukov, D. B., Snider, G. S., Stewart, D. R., Williams, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+missing+memristor+found.">The missing memristor found.</a> Nature. 453 (7191), 80-83 (2008).</li><li>Howard, G., Gale, E., Bull, L., 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=Evolution+of+plastic+learning+in+spiking+networks+via+memristive+connections.">Evolution of plastic learning in spiking networks via memristive connections.</a> IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 16 (5), 711-729 (2012).</li><li>Sah, M. P., Kim, H., Chua, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brains+are+made+of+memristors.">Brains are made of memristors.</a> IEEE Circuits and Systems Magazine. 14 (1), 12-36 (2014).</li><li>Miranda, E. R., Kirke, A., Braund, E., Antoine, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+Unconventional+Computing+for+Sound+and+Music.">On Unconventional Computing for Sound and Music.</a> Guide to Unconventional Computing for Music. , 23-62 (2017).</li><li>Volkov, A. G., Tucket, C., Reedus, J., Volkova, M. I., Markin, V. S., Chua, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristors+in+plants.">Memristors in plants.</a> Plant Signal Behav. 9 (2), 37-41 (2014).</li><li>Grimnes, S., L&#252;tken, C. A., Martinsen, &. #. 2. 1. 6. ;. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristive+properties+of+electro-osmosis+in+human+sweat+ducts.">Memristive properties of electro-osmosis in human sweat ducts.</a> World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, September 7-12, 2009, Munich, Germany. , 696-698 (2009).</li><li>Gale, E., Adamatzky, A., de Lacy Costello, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slime+Mould+Memristors.">Slime Mould Memristors.</a> BioNanoScience. 5 (1), (2014).</li><li>Braund, E., Sparrow, R., Miranda, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physarum-based+memristors+for+computer+music.">Physarum-based memristors for computer music.</a> Advances in Physarum Machines. , 755-775 (2016).</li><li>Daniel, J. W., Rusch, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pure+culture+of+Physarum+polycephalum+on+a+partially+defined+soluble+medium.">The pure culture of Physarum polycephalum on a partially defined soluble medium.</a> Journal of General Microbiology. 25 (1901), 47-59 (1961).</li><li>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=Physarum+wires:+Self-growing+self-repairing+smart+wires+made+from+slime+mould.">Physarum wires: Self-growing self-repairing smart wires made from slime mould.</a> Biomedical Engineering Letters. 3 (4), 232-241 (2013).</li><li>Tarabella, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hybrid+living/organic+electrochemical+transistor+based+on+the+Physarum+polycephalum+cell+endowed+with+both+sensing+and+memristive+properties.">A hybrid living/organic electrochemical transistor based on the Physarum polycephalum cell endowed with both sensing and memristive properties.</a> Chemical Science. 6 (5), 2859-2868 (2015).</li><li>Braund, E., Miranda, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+Building+Practical+Biocomputers+for+Real-world+Applications:+Receptacles+for+Culturing+Slime+Mould+Memristors+and+Component+Standardisation.">On Building Practical Biocomputers for Real-world Applications: Receptacles for Culturing Slime Mould Memristors and Component Standardisation.</a> Journal of Bionic Engineering. 14 (1), 151-162 (2017).</li><li>Walter, X. A., Horsfield, I., Mayne, R., Ieropoulos, I. A., 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=On+hybrid+circuits+exploiting+thermistive+properties+of+slime+mould.">On hybrid circuits exploiting thermistive properties of slime mould.</a> Scientific reports. 6, (2016).</li><li>Romeo, A., Dimonte, A., Tarabella, G., D'Angelo, P., Erokhin, V., Iannotta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+bio-inspired+memory+device+based+on+interfacing+Physarum+polycephalum+with+an+organic+semiconductor.">A bio-inspired memory device based on interfacing Physarum polycephalum with an organic semiconductor.</a> APL materials. 3 (1), (2015).</li><li>Whiting, J. 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>

המחברים אין לחשוף.

מאמר זה הציג שיטה לגידול memristors החוצה myxomycete polycephalum פ. האורגניזם הוא גדל בתוך כלי קיבול מודפס 3D שנועדו להתגבר על חלק האילוצים המשויכות המיישמת את הביו-memristors. מגבלות כאלה כוללים זמן הכיוונון זמן צמיחה הדגימה, היעדר סטנדרטיזציה על תנאי הגידול מדגם-כדי-sample ותצפיות חשמל.
כלי הקיבול שלנו נחשף לראשונה בשנת 2015 בחומר פרסומי מודפס על חצי האי אמנות עכשווית מוסיקה פסטיבל 2016 (PACMF) ועל האתר בהתאמה15. הטכנולוגיה שלנו שימש כדי לפתח מערכת היברידית חומרה-bioware המוזיקה אינטראקטיבי זה היה מסוגל לייצר והשבירה מוסיקלי למוסיקאי בשידור חי. אסמכתא14, אנו מדווחים על בדיקה מקיפה של כלי הקיבול שלנו, והשוו את התוצאות נגד גישות הקודם9,10. בעקבות התפתחויות אלה, קבוצה אחרת של חוקרים בחנו ולאחר מכן יצירת סביבות גידול ללמוד מאפיינים של האורגניזם thermistive16, אבל אלה לא זהה memristive מאפיינים. עם זאת, היו שני ניסיונות לפתח גישה מבוקרת להטמעת polycephalum פ memristors13,17אחרים. בניסויים אלה, וולס היו עשויים חומר elastomer מסתיימים דמוי ג'ל הנקרא polydimethylsiloxane (PDMS), ואת אלקטרודות נוצרו באמצעות מתכות שונות או poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). למרות חומרים אלה משמשים באופן שגרתי אלקטרוניקה מיקרופלואידיקה, הנדסה ביונית, הם יקרים, דרושה מומחיות כלשהי לשימוש. לדוגמה, PEDOT:PSS צריך ספין-ציפוי סימום לשיפור מוליכות שלה. לכן, הטכניקות הן מחוץ להישג ידם של אנשים שאין להם גישה למשאבים מומחה. כלי קיבול שהוצגו במאמר זה להשתמש בשיטות וחומרים שאינם בעלי גישה בקלות ולא יקר. יתר על כן, העיצוב מספק סביבה מסבירי הפלזמודיום לחנות, אשר בניגוד אחרים polycephalum פ ממריסטור אבות-טיפוס איפה לשמור את התא בחיים למשך כל זמן אין ניסיון.
עד עכשיו, זה היה קשה להשיג עקבי אני-V מדידות באמצעות שיטות קודמות culturing האורגניזם על בצלחות פטרי (איור 5, משמאל). השיטות שלנו השתפר בצורה משמעותית תרחיש זה (איור 6). תוצאות בדיקות של כלי הקיבול שלנו הראו כי העיצוב יש ירד זמן צמיחה מוגברת תוחלת החיים, סטנדרטית רכיב תגובות, שנוצרו microenvironment מוגן כדי לתמצת את האורגניזם. יתר על כן, המכשיר מספק האמצעים האפשריים של שילוב האורגניזם כמרכיב של מזימת חשמל.
השיטה הציג מקלה על מספר נושאים הקשורים רתימת polycephalum פ memristors בתוך מערכות חשמל. עם זאת, קיימות מגבלות הדורשות בהמשך מחקר ופיתוח. ראשית, עיבוי באפשרותך לאסוף במשטח הפנימי של הצינור המחבר אם כלי קיבול נמצאים נתון שינוי בטמפרטורה או אם מתח גבוה מוחל על משכי זמן ארוכים. האחרון הוא של האורגניזם עמידות גבוהה גורמת אנרגיה חשמלית שתועבר אל החום. אם משמעותי, עיבוי באפשרותך ליצור שביל עמיד נמוך בין האלקטרודות שני קצותיו של הצינור המחבר. מגבלה זו ניתן לנהל באופן יעיל על-ידי הבטחת memristors לא עמוסים. שנית, ההתנגדות הכוללת של memristors מיוצר בשיטת שהוצגו יכול לנוע בין רכיב-כדי-רכיב. תופעה שכזו עשויה להיות תוצאה של הגישה לא הגבלת הקוטר החיצוני של הצינור פרוטופלסמי. כתוצאה מכך, משתמשים, ייתכן שיהיה עליך לשלב היישום שלהם של memristors תהליך כיול.
הודות מתודולוגיה זו, אנחנו יכולים להתחיל עכשיו ללמוד על תהליכים ביולוגיים שגורמים memristive תצפיות ב polycephalum פ. סביר להניח כי תהליכים כאלה יש פרמטרים דינמיים היינו יכולים לנצל כדי להגדיל את השימוש של הרכיב. התחלנו לרוץ ניסויים ראשוני שבו ריכוז יון חוץ-תאית שונו כדי לבדוק אם תעלות יונים ממותגת מתח לשחק תפקיד memristance...
כלי קיבול הציג נועדו אך ורק לצורך יישום polycephalum פ memristors. התקנים אלה סביר, עם זאת, יש שימושים מעבר לזה של יישום רכיב אחד. לדוגמה, הפניות12,18, הצינור פרוטופלסמי נחקר כמו חוט ביולוגי וההספק עצמית, יכולת לתיקון עצמי. בחקירות אלה שני, החוקרים הביעו המצריך עבודה נוספת הייתה לייסד שיטות גידול הצינורית פרוטופלסמי לפי ערכה. כלי קיבול בנייר זה מספקות שיטה של ממציאים את הייצור של הצינור בין שניים או יותר פוטנציאל, נקודות. איור 7 מציג שתי תמונות הממחישות כלי קיבול, יכול לשמש כדי לגדול בריא צינורות-אורכים יותר מ 100 מ מ. הפניה18, הפונקציה העברה של הצינור פרוטופלסמי נחקר. תוצאות החקירה ציין כי אגר הדרוש כדי לגדל הצינורות עלולים לגרום בעיה אם האורגניזם כדי לשלב מערכת חשמל. זאת בשל קיבוליות של המצע. כלי קיבול המובאת כאן עדיין דורשים אגר כדי לשמור על לחות גבוהה. עם שינויים קטנים בעיצוב של הקיבול, זאת, ניתן ליצור צינור להסרה. זו הגדרת עשוי לאפשר צינור כדי להיות מנותק מן התאים לאחר צמיחה מלאה והצמיד לתוך מערכת חשמל. יתר על כן, ברגע בריאות של הצינור מתחיל להתדרדר, זה יכול להתחבר ללשכה חדשה עבור מזון, הפוגה עד תיקן את עצמו ניתן להשתמש שוב. איור 8 מראה תמונה של צינורות ארוכים אשר נותק מן התאים. למחקר עתידי יש צורך לחקור תכונות חשמליות של הצינור פרוטופלסמי ללא של אגר, כאשר גדל באורכים בשיטת שהוצגו.

המחשבים של היום נבנים באמצעות רכיבי מעגל פסיבי יסוד 2-טרמינל 3: הקבל את resistor, את סליל השראה. אלמנטים פסיביים מסוגלים רק יחלוף או אחסון אנרגיה, לא שמייצר אותו. רכיבים אלה הוקמו על 18th והמאה ה 19 , מקושרים באמצעות משוואות מקסוול. אנו מגדירים כל אחד מרכיבים אלה שלושה מעגלים מבחינת היחסים בין שני המשתנים מעגל 4. כלומר, הזרם (I), מתח (V), תשלום (Q) ו שטף הצמדה (φ). טעינת האינטגרל זמן של הזרם, חוק פאראדיי מגדיר את המתח האינטגרל זמן של השטף. לפיכך, קבל מוגדרת על-ידי קשר בין מתח לבין תשלום, הנגד מוגדרת על-ידי מערכת יחסים בין מתח לבין הנוכחי, סליל השראה הוא מוגדר על ידי קשר בין שטף ועדכניים. במשך יותר ממאה שנה, רכיבים אלה היו אבן יסוד של אלקטרוניקה. עם זאת, הם רק מייצגים שלוש של זוגות ארבעה קשר אפשרי בין המשתנים במעגל, עוזב השטף הצמדה ודמי לא מקושרים. בשנת 1971, ליאון צ'ואה פרסם נייר1 איפה הוא שמהווה שהיה חסר אלמנט הרביעי מקושרים הנותרים שני המשתנים, אותו הוא מכנה את ממריסטור. ממריסטור יכול להיות מתואר הנגד שזוכר את ההיסטוריה שלה, ומכאן להתכווצות 'זיכרון resistor.' פונקציות רכיב זה על ידי שינוי ההתנגדות שלו על פי היקף המתח שהוחלו בעבר ומשך שלה. יתר על כן, ממריסטור שומר את מצב ההתנגדות האחרונה שלו ברגע המתח אינו מוחל. בניגוד קבל, נגד, סליל השראה, ההתנהגות של ממריסטור היא לא לינארית, אשר מתבטא בפרופיל שלה-V שבו נוצרת לולאה היסטרזיס צבט תחת מתח חילופין. הלופ הזה לוקח את הטופס של דמות Lissajous המכיל שני בניצב תנודות של הברית עמידות גבוה ונמוך. לפני תורת memristance פורמאלי של צ'ואה, חוקרים אחרים דיווחו על זיכרון ההתנגדות אפקטים בתדרים מסוימים כאשר ניסויים עם חומרים כגון תחמוצות מתכת, יחד עם פיתוח מכשירי חשמל-מיקרומטר פולימרים גודל2. עם זאת, במקרים רבים, אפקטים אלה נחשבו בלתי רצויות. לקח כמעט ארבעים שנה פורמליזציה של צ'ואה להיות מחובר התקן פיזי ועבור חוקרים להתחיל פיתוח שיטות של ניצול ההשפעות memristive. צוות במעבדות HP הצליח בדיית מכשיר memristive 20083 זה שהצית עניין עצום ברכיב.
מדעני מחשב יש עניין נלהב ממריסטור עקב זה להיות זוכה כרכיב הראשון לשלב יכולות העיבוד והזיכרון של יחידה אחת. הוא גם מציג התנהגויות מקביל תהליכים נוירולוגיים מסוימים כגון תזמון-תלויי-ספייק פלסטיות (STDP)4, רק אחד. התנהגות כזו הם המעוררים פרספקטיבות של בניית טכנולוגיות מחשוב המוח כמו לוותר על ההבחנה בין זיכרון, יחידת העיבוד המרכזית (או CPU)5. בניגוד הגישות פופולרי לפתח memristors (באמצעות TiO2, לדוגמה), שאיפתנו היא לפתח של ביו-ממריסטור אורגני. יתר על כן, אנו מעוניינים איך רכיב זה עשוי לספק אמצעי חקר פרדיגמות מעבר גישות קונבנציונליות התקני מיחשוב הנדסי; למשל, יישומים יצירתיים בתחום של מוסיקה במחשב6.
Memristance הוא אפקט חוקרים מצאו לאחרונה ברחבי מגוון של מערכות ביולוגיות. לדוגמה, מאפייני memristive נצפו הצמחים אלוורה7 ואת העור האנושי8, לצטט, אבל שניים. תגליות אלה מציינים כי ייתכן להסכמות עיבוד והתקני זיכרון על מצעים ביולוגי. רתימת המערכות האורגניות בתוך טכנולוגיה עשויה לאפשר אותנו לחקור רעיונות מרתקים כגון הרכבה עצמית, השפעה סביבתית נמוכה, תיקון עצמי, ומפעילים עצמית. לפני שנוכל לחקור את ההזדמנויות הללו אולם, מספר אתגרים צריך להתייחס. רבים של מערכות ביולוגיות בעלות מאפיינים memristive יש אילוצים משמעותי המגבילות הנביטה שלהם כמו רכיב אלקטרוני בפועל. לדוגמה, עלה אלוורה7 צריך אור יש תוחלת חיים מוגבלת, יהיה קשה להשתלב במעגל. יתר על כן, מספר אחרים ויוו memristive, תופעות כגון זיעה אנושית ducts8, אינם ריאלי כיום אפשרויות לפיתוח מערכות לשימוש מחוץ למעבדה, במערכות אלקטרוניות רגילים. עם זאת, של כל התופעות memristive, יש מועמד פוטנציאלי אחד: polycephalum פ.
הפלזמודיום של polycephalum פ היא מערכת חד־תאיות אמורפי כי התגלתה לפעול כמו רכיב memristive9,10. האורגניזם הוא מועמד אידיאלי לחקר באלקטרוניקה חומרה-המוחית היברידי עבור מספר סיבות. ראשית, האורגניזם פתוגניים שאינם, מאקרוסקופית, ודורש אין טעם ציוד מומחה, ההופכת הפלזמודיום נגיש מהנדסים, ללא-ביולוגים. שנית, התא אמורפי, טפסים רשתות של תיל דמויי ורידים, יגדל על רוב מצעים (איור 1). מאפיינים אלה מאפשרים המורפולוגיה של התא בקלות מאפשרת להחיל ערכת חשמל קונבנציונאלי. יש גם מחקרים מדגימים כי הפלזמודיום יכולים לחיות על פני ארבע שנים11, הורידים שלה יכול לשמש התיקון העצמי מסלולים מוליך12. מספר מחקרים במעבדה אישרו של האורגניזם memristive יכולות9,10,13 , עכשיו הזמן בשלים לחקור את הפוטנציאל שלה.
הרעיון של שימוש P. polycephalum memristors הוא חדש יחסית. כתוצאה מכך, ישנם אין תקנים הוקמה עבור מדידת והתבוננות שלה תכונות חשמליות. כזה חוסר אחידות בהליכים ניסיוני בתוך אותה קבוצת המחקר ובין קבוצות עשוי להיות הסיבה יש חוסר עקביות בין לאור תוצאות9,10. סביר כי וריאציה כזו היא הבולטת ביותר ב דוגמת תנאי הגידול והטיפול. לכן, אנחנו צריכים לייסד שיטות לייצור, בדיקות polycephalum פ memristors בו גורמים אשר עלול לגרום לשגיאות טובים יותר מבוקר תחת פיקוח.  יתר על כן, עלינו ליצור שיטות יישום memristors polycephalum פ המאפשרים השתלבות מערכות חשמל נוחה ויציבה.
השיטה המובאת בעיתון הזה מספק פלטפורמה עבור חקר יישומים מעשיים של polycephalum פ memristors על-ידי מתן אמצעי שילוב האורגניזם כרכיב מפרטים טכניים חשמליים. סביר כי שיטות אלה ימשכו את המהנדסים לחקור את העולם האמיתי שימושים של מערכות חומרה-המוחית היברידית. יתר על כן, הוא נגיש שאינם מומחים (למשל, חובבי שטנץ אלקטרונית פתוח) מי עשוי להיות מעוניין להתנסות עם היבטים של מחשוב לא שגרתיים, אבל קשה למצוא טיפוס להסתגל שלהם הצרכים. כמה יישומים פוטנציאליים עשויים לכלול יישום מודלים הסתברותיים לרתום את memristors עולה התנהגות, פיתוח גישות לביצוע stateful lפעולות ogic, דגמי תהליכים נוירולוגיים לאחסון מידע, עיבוד.

<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

המחקר שלנו מכוונת השגת הבנה טובה יותר של מאפייני האורגניזמים אלקטרונית כדי להנדס מערכות bioelectronic הרומן של ארכיטקטורות מחשוב מבוסס על ביולוגיה. נייר ספציפי זה מתמקד רתימת כייר רפש חד־תאיות Physarum polycephalum לפתח ביו-memristors (או memristors ביולוגי) התקני מחשוב-ביו. ממריסטור הוא הנגד שמחזיק זיכרון. . זה 4 מעגל פסיבי יסוד ביסוד (השני שלושה הם resistor את הקבל, את סליל השראה), אשר הוא סולל את הדרך על עיצוב האתר של סוגים חדשים של מערכות מחשוב; למשל, מחשבים עשוי לוותר על ההבחנה בין אחסון של יחידת העיבוד המרכזית. בעת החלת עם מתח חילופין, הנוכחי לעומת מתח האופייניים ממריסטור היא לולאה היסטרזיס צבט. הוכח כי polycephalum פ מייצרת היסטרזיס צבט לולאות תחת מתח AC ומציגה את התנהגות מסתגלת המקבילה עם תפקוד ממריסטור. מאמר זה מציג את השיטה שפיתחנו עבור יישום ביו-memristors עם polycephalum פ , מציגה את התפתחות קיבול לתרבות האורגניזם, בפריסת שלה בתור מרכיב מעגלים אלקטרוניים. השיטה שלנו הוכיחה כדי לצמצם את זמן צמיחה, להגדיל את תוחלת החיים רכיב לתקנן תצפיות חשמל.

כדי להפיק תוצאות נציג, הקמנו 5 דוגמאות שימוש בשיטת המדויקות שתוארו לעיל. עבור פקד, דגימות 5 היו מסודרים גם באמצעות השיטה המתוארת ב מוקדם polycephalum פ ממריסטור חקירות9,10. כאן, אנחנו בעמדה שתי אלקטרודות במרווחים של מרחק של ~ 10 מ מ בתוך צלחות פטרי 60 מ מ. כל אלקטרודה כללה מעגל (~ 20 מ מ קוטר) של שימורי חוטי נחושת (16 עומד על 0.2 מ מ) מלא של 2% שאינם התזונתי אגר יונים (~ 2 מ"ל). כל הדגימות נוטרו באמצעות הדימויים בצילום מואץ כדי לסקור את זמן צמיחה. כאן, הדגימות קיבול 5 לחבר את שתי אלקטרודות בתוך h 10 של חיסון. המהירה ביותר מאלה הלכה וגדלה מתחת לגיל 2 h, הארוך ביותר היה 10שע, עם הזמן כלומר הגידול הממוצע בכל הדוגמאות 5 של 7 שעות 24 דקות. 4 דגימות הבקרה המיוצרים על קישור צינור פרוטופלסמי ואחד להפיץ את האלקטרודה חיסון אך התייבש לפני זה עשה את החיבור הנדרש. המהירה ביותר של הדגימות שליטה עשה את החיבור שלו בתוך 19 h בזמן האיטית ביותר לקח ה' 36, עם זמן הגידול הממוצע של מדגמים שליטה של 26 שעות 15 דקות. נתונים אלו מראים ירידה משמעותית בזמן צמיחה memristors גדל באמצעות השיטה שהוצגו.
לפרופיל-V של ממריסטור היא התכונה הכי המכונן שלה. ככזה, אנו לבצע מדידות-V הדוגמאות כדי להפיק תוצאות נציג על הנייר הזה. . הנה, נעשו מדידות הנוכחי מיידי בכל נקודה של גל סינוס 160-צעד מתח. כל שלב מתח היה לי זמן להתעכב סטטי של מדידות חשמל ס' 2 נעשו באמצעות מקור מתח 230 לתכנות של אלקטרומטר לתכנות 617. התקנים אלה נבחרו כפי שהם מסוגלים לחיזוי לקיחת המידות ברזולוציות גבוהות של מתח חשמלי. הניסויים נערכו בטמפרטורת החדר בחדר הכבויות.
איור 6 מראה טיפוסי אני-V עקומות המופק בדיקות על polycephalum פ memristors. איור 6 c ו- 6 d להראות חלקות עם המדידות נציג מרכיבי ליישם את צלחות פטרי. תוצאות השימוש בשיטה זו מראים כי למרות עקומות נמדדים על אותה דגימת זרע דומות מורפולוגית, היסטרזיס משתנה בכבדות מדגם-כדי-sample. וריאציה כזו כוללת את המיקום של קמצוץ נקודות את סדר הגודל של האונות חיובי ושלילי, הסימטריה בין מדידות בתחומים מתח שליליים או חיוביים. לפיכך, עקומות-V נמדדים על memristors באמצעות שיטת צלחת פטרי אינם טביעת רגלו של ממריסטור "אידיאלי" מכיוון קמצוץ הנקודות אינן אפס מתח, זרם. איור 6a 6b מראים תרשימים עם נציג מידות memristors גדל את כלי קיבול. מיקומי נקודות קמצוץ והגדלים האונה של לולאות היסטרזיס אלה הם יחסית עקבית הן עקומות דוגמת דיסקרטית נבדק תחת מתח שונה טווחי זמן-שלבים, והן מדגם-כדי-sample עקומות. לכן, קיבול-V עקומות היו יותר המזכיר של טביעת הרגל של ממריסטור 'אידאלי', איפה נקודות קמצוץ תמיד היו יחידי, כמעט בעקביות במתח אפס הנוכחי. עם זאת, למרות היסטרזיס מורפולוגיות דומות לדוגמה-כדי-sample, היתה וריאציה של ההתנגדות הכוללת בין דגימות. .
אחרי המדידות הראשוני אני וולט הושלמה, בדיקות נעשו על כל דגימה פעם ביום עד שהם לא עקומות memristive. של הדגימות שליטה 4, 2 התייבש תוך יומיים של בדיקה ראשונית, בעוד השניים הנותרים המשיך להקליט עקומות צבט 2 ימים נוספים. הדגימות קיבול הקפיד memristance שלהם לפחות 7 ימים, עם 3 דגימות העולה על זה. לאורך זמן, כל אחד הצינורות פרוטופלסמי של המדגם קיבול הפך סמיך, חלה ירידה בההתנגדות הכוללת, עם דגימות מדידה ב A x 10-04 טווח עבור 10 V פועל מול A x 10-05 בבדיקות קודמות שלהם.
הקורא מכונה במאמר מאת Braund14 עבור תוצאות בדיקה מקיפה של הכלי קיבול שהוצגו.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
איור 1: תמונה של תרבות בת 2 של הפלזמודיום של polycephalum פ. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
איור 2: צילום מסך של הקובץ STL קיבול לאחר טעינתה לתוך התוכנה עם פרוסות. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
איור 3: צילום מסך של הקובץ STL אלקטרודה לאחר טעינתה לתוך התוכנה עם פרוסות. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
איור 4: תצלום מסך של תצורת הגדרות להדפסת המודל STL אלקטרודה.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
איור 5: Memristors polycephalum פ מיושמת בצלחת פטרי (משמאל) ושימוש השיטה המובאת בעיתון הזה (מימין) המתארים שני. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
איור 6: גרפים ארבע-V אשר יוצרו בין שני memristors גדל את כלי קיבול (a, b) ושני מיושם פטרי (c, d). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
איור 7: צילומים מראה את הקיבול בשימוש לגדול צינורות באורכים שונים.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > איור 8: תמונה המציגה פרוטופלסמי צינורות אשר נותק מן התאים.

Watch this Scientific Journal Video about A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold at JoVE.com

A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

שיטה לגידול ביו-memristors מן העיפוש רפש

מאמר זה מציג שיטה משופרת לגידול ביו-memristors מתוך הפלזמודיום של Physarum polycephalum. השיטה הוכיחה להקטין זמן גדילה, להגדיל את תוחלת החיים של רכיב, לתקנן תצפיות חשמל וליצור סביבה מוגנת שמסוגלת ניתן לשלב המעגלים קונבנציונלי.

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

a-method-for-growing-bio-memristors-from-slime-mold

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.9K Views.  Plymouth University. מאמר זה מציג שיטה משופרת לגידול ביו-memristors מתוך הפלזמודיום של Physarum polycephalum. השיטה הוכיחה להקטין זמן גדילה, להגדיל את תוחלת החיים של רכיב, לתקנן תצפיות חשמל וליצור סביבה מוגנת שמסוגלת ניתן לשלב המעגלים קונבנציונלי.

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

A Method for Ovarian Follicle Encapsulation and Culture in a Proteolytically Degradable 3 Dimensional System

The ovarian follicle is the functional unit of the ovary that secretes sex hormones and supports oocyte maturation. In vitro follicle techniques provide a tool to model follicle development in order to investigate basic biology, and are further being developed as a technique to preserve fertility in the clinic1-4. Our in vitro culture system employs hydrogels in order to mimic the native ovarian environment by maintaining the 3D follicular architecture, cell-cell interactions and paracrine signaling that direct follicle development 5. Previously, follicles were successfully cultured in alginate, an inert algae-derived polysaccharide that undergoes gelation with calcium ions6-8. Alginate hydrogels formed at a concentration of 0.25% w/v were the most permissive for follicle culture, and retained the highest developmental competence 9. Alginate hydrogels are not degradable, thus an increase in the follicle diameter results in a compressive force on the follicle that can impact follicle growth10. We subsequently developed a culture system based on a fibrin-alginate interpenetrating network (FA-IPN), in which a mixture of fibrin and alginate are gelled simultaneously. This combination provides a dynamic mechanical environment because both components contribute to matrix rigidity initially; however, proteases secreted by the growing follicle degrade fibrin in the matrix leaving only alginate to provide support. With the IPN, the alginate content can be reduced below 0.25%, which is not possible with alginate alone 5. Thus, as the follicle expands, it will experience a reduced compressive force due to the reduced solids content. Herein, we describe an encapsulation method and an in vitro culture system for ovarian follicles within a FA-IPN. The dynamic mechanical environment mimics the natural ovarian environment in which small follicles reside in a rigid cortex and move to a more permissive medulla as they increase in size11. The degradable component may be particularly critical for clinical translation in order to support the greater than 106-fold increase in volume that human follicles normally undergo in vivo .

A new method for ovarian follicle encapsulation in a 3D fibrin-alginate interpenetrating network is described. This system combines structural support with proteolytic degradation to support the development of immature follicles to produce mature oocytes. This method may be applied to culture cell aggregates to maintain cell-cell contacts without limiting expansion.

שיטה Encapsulation השחלות זקיק ותרבות מערכת 3 מתכלה Proteolytically מימדי

The ovarian follicle is the functional unit of the ovary that secretes sex hormones and supports oocyte maturation. In vitro  follicle techniques provide ...

Constant Pressure-controlled Extrusion Method for the Preparation of Nano-sized Lipid Vesicles

Liposomes are artificially prepared vesicles consisting of natural and synthetic phospholipids that are widely used as a cell membrane mimicking platform to study protein-protein and protein-lipid interactions3, monitor drug delivery4,5, and encapsulation4. Phospholipids naturally create curved lipid bilayers, distinguishing itself from a micelle.6 Liposomes are traditionally classified by size and number of bilayers, i.e. large unilamellar vesicles (LUVs), small unilamellar vesicles (SUVs) and multilamellar vesicles (MLVs)7. In particular, the preparation of homogeneous liposomes of various sizes is important for studying membrane curvature that plays a vital role in cell signaling, endo- and exocytosis, membrane fusion, and protein trafficking8. Several groups analyze how proteins are used to modulate processes that involve membrane curvature and thus prepare liposomes of diameters &lt;100 - 400 nm to study their behavior on cell functions3. Others focus on liposome-drug encapsulation, studying liposomes as vehicles to carry and deliver a drug of interest9. Drug encapsulation can be achieved as reported during liposome formation9. Our extrusion step should not affect the encapsulated drug for two reasons, i.e. (1) drug encapsulation should be achieved prior to this step and (2) liposomes should retain their natural biophysical stability, securely carrying the drug in the aqueous core. These research goals further suggest the need for an optimized method to design stable sub-micron lipid vesicles.
Nonetheless, the current liposome preparation technologies (sonication10, freeze-and-thaw10, sedimentation) do not allow preparation of liposomes with highly curved surface (i.e. diameter &lt;100 nm) with high consistency and efficiency10,5, which limits the biophysical studies of an emerging field of membrane curvature sensing. Herein, we present a robust preparation method for a variety of biologically relevant liposomes.
Manual extrusion using gas-tight syringes and polycarbonate membranes10,5 is a common practice but heterogeneity is often observed when using pore sizes &lt;100 nm due to due to variability of manual pressure applied. We employed a constant pressure-controlled extrusion apparatus to prepare synthetic liposomes whose diameters range between 30 and 400 nm. Dynamic light scattering (DLS)10, electron microscopy11 and nanoparticle tracking analysis (NTA)12 were used to quantify the liposome sizes as described in our protocol, with commercial polystyrene (PS) beads used as a calibration standard. A near linear correlation was observed between the employed pore sizes and the experimentally determined liposomes, indicating high fidelity of our pressure-controlled liposome preparation method. Further, we have shown that this lipid vesicle preparation method is generally applicable, independent of various liposome sizes. Lastly, we have also demonstrated in a time course study that these prepared liposomes were stable for up to 16 hours. A representative nano-sized liposome preparation protocol is demonstrated below.

This protocol describes an extrusion method for preparing lipid vesicles of sub-micron sizes with a high degree of homogeneity. This method uses a pressure-controlled system with controlled nitrogen flow rates for liposome preparation. The lipid preparation1,2, liposome extrusion, and size characterization will be presented herein.

שחול קבוע לחץ שבשליטת שיטה להכנת בגודל ננו שלפוחית ​​שומנים

Liposomes are artificially prepared vesicles consisting of natural and synthetic phospholipids that are widely used as a cell membrane mimicking platform ...

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in parallel computing2,3 , recognize and bind molecular or cellular targets4,5 , catalyze chemical reactions6,7 , and generate calculated responses in a biological system8,9. Importantly, nucleic acids can be programmed to self-assemble into 2D and 3D structures10-12, enabling the integration of all these remarkable features in a single robot linking the sensing of biological cues to a preset response in order to exert a desired effect.
Creating shapes from nucleic acids was first proposed by Seeman13, and several variations on this theme have since been realized using various techniques11,12,14,15 . However, the most significant is perhaps the one proposed by Rothemund, termed scaffolded DNA origami16. In this technique, the folding of a long (&gt;7,000 bases) single-stranded DNA 'scaffold' is directed to a desired shape by hundreds of short complementary strands termed 'staples'. Folding is carried out by temperature annealing ramp. This technique was successfully demonstrated in the creation of a diverse array of 2D shapes with remarkable precision and robustness. DNA origami was later extended to 3D as well17,18 .
 
The current paper will focus on the caDNAno 2.0 software19 developed by Douglas and colleagues. caDNAno is a robust, user-friendly CAD tool enabling the design of 2D and 3D DNA origami shapes with versatile features. The design process relies on a systematic and accurate abstraction scheme for DNA structures, making it relatively straightforward and efficient.
In this paper we demonstrate the design of a DNA origami nanorobot that has been recently described20. This robot is 'robotic' in the sense that it links sensing to actuation, in order to perform a task. We explain how various sensing schemes can be integrated into the structure, and how this can be relayed to a desired effect. Finally we use Cando21 to simulate the mechanical properties of the designed shape. The concept we discuss can be adapted to multiple tasks and settings.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here, we describe how DNA origami can be utilized to design a robotic robot capable of sensing biological cues and responding by shape shifting, subsequently relayed to a desired effect.

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

An Improved Method for the Preparation of Type I Collagen From Skin

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. Clinically, this protein is widely used for cosmetic surgery, dermal injections, bone grafting, and reconstructive surgery. The sources of COL1 for these procedures are commonly nonhuman, which increases the potential for inflammation and rejection as well as xenobiotic disease transmission. In view of this, a method to efficiently and quickly purify COL1 from limited quantities of autologously-derived tissues would circumvent many of these issues; however, standard isolation protocols are lengthy and often require large quantities of collagenous tissues. Here, we demonstrate an efficient COL1 extraction method that reduces the time needed to isolate and purify this protein from about 10 days to less than 3 hr. We chose the dermis as our tissue source because of its availability during many surgical procedures. This method uses traditional extraction buffers combined with forceful agitation and centrifugal filtration to obtain highly-pure, soluble COL1 from small amounts of corium. Briefly, dermal biopsies are washed thoroughly in ice-cold dH2O after removing fat, connective tissue, and hair. The skin samples are stripped of noncollagenous proteins and polysaccharides using 0.5 M sodium acetate and a high speed bench-top homogenizer. Collagen from residual solids is subsequently extracted with a 0.075 M sodium citrate buffer using the homogenizer. These extracts are purified using 100,000 MW cut-off centrifugal filters that yield COL1 preparations of comparable or superior quality to commercial products or those obtained using traditional procedures. We anticipate this method will facilitate the utilization of autologously-derived COL1 for a multitude of research and clinical applications.

Traditional procedures for the isolation of soluble type 1 collagen (COL1) require about 10 days from start to finish because of lengthy buffer incubations and laborious resuspensions of fibrils. Here, we describe a means to purify COL1 from small dermal biopsies in less than 3 hr.

שיטה משופרת להכנת סוג I קולגן מעור

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. ...

A Novel Method for Localizing Reporter Fluorescent Beads Near the Cell Culture Surface for Traction Force Microscopy

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When the substrate is coated with an extracellular matrix protein, cells adhere to the gel and apply forces, causing the gel to deform. The deformation depends on the cell traction and the elastic properties of the gel. If the deformation field of the surface is known, surface traction can be calculated using elasticity theory. Gel deformation is commonly measured by embedding fluorescent marker beads uniformly into the gel. The probes displace as the gel deforms. The probes near the surface of the gel are tracked. The displacements reported by these probes are considered as surface displacements. Their depths from the surface are ignored. This assumption introduces error in traction force evaluations. For precise measurement of cell forces, it is critical for the location of the beads to be known. We have developed a technique that utilizes simple chemistry to confine fluorescent marker beads, 0.1 and 1 &#181;m in diameter, in PA gels, within 1.6 &#956;m of the surface. We coat a coverslip with poly-D-lysine (PDL) and fluorescent beads. PA gel solution is then sandwiched between the coverslip and an adherent surface. The fluorescent beads transfer to the gel solution during curing. After polymerization, the PA gel contains fluorescent beads on a plane close to the gel surface.

Traditional techniques for fabricating polyacrylamide (PA) gels containing fluorescent probes involve sandwiching a gel between an adherent surface and a glass slide. Here, we show that coating this slide with poly-D-lysine (PDL) and fluorescent probes localizes the probes to within 1.6 &#181;m from the gel surface.

שיטה חדשה ללוקליזציה חרוזי ניאון כתב סמוך לפני שטח תרבית תאים לגרירה מיקרוסקופית כוח

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When ...

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer (SALB) Method

In order to mimic cell membranes, the supported lipid bilayer (SLB) is an attractive platform which enables in vitro investigation of membrane-related processes while conferring biocompatibility and biofunctionality to solid substrates. The spontaneous adsorption and rupture of phospholipid vesicles is the most commonly used method to form SLBs. However, under physiological conditions, vesicle fusion (VF) is limited to only a subset of lipid compositions and solid supports. Here, we describe a one-step general procedure called the solvent-assisted lipid bilayer (SALB) formation method in order to form SLBs which does not require vesicles. The SALB method involves the deposition of lipid molecules onto a solid surface in the presence of water-miscible organic solvents (e.g., isopropanol) and subsequent solvent-exchange with aqueous buffer solution in order to trigger SLB formation. The continuous solvent exchange step enables application of the method in a flow-through configuration suitable for monitoring bilayer formation and subsequent alterations using a wide range of surface-sensitive biosensors. The SALB method can be used to fabricate SLBs on a wide range of hydrophilic solid surfaces, including those which are intractable to vesicle fusion. In addition, it enables fabrication of SLBs composed of lipid compositions which cannot be prepared using the vesicle fusion method. Herein, we compare results obtained with the SALB and conventional vesicle fusion methods on two illustrative hydrophilic surfaces, silicon dioxide and gold. To optimize the experimental conditions for preparation of high quality bilayers prepared via the SALB method, the effect of various parameters, including the type of organic solvent in the deposition step, the rate of solvent exchange, and the lipid concentration is discussed along with troubleshooting tips. Formation of supported membranes containing high fractions of cholesterol is also demonstrated with the SALB method, highlighting the technical capabilities of the SALB technique for a wide range of membrane configurations.

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer SALB Method

We present an experimental protocol to form a supported lipid bilayer on solid substrates without using lipid vesicles. We demonstrate a one-step method to form a lipid bilayer on silicon dioxide and gold as well as supported membranes with cholesterol-enriched domain for various biological applications.

ייצור Biomembrane ידי השומנים bilayer (SALB) השיטה בסיוע מרכך

In order to mimic cell membranes, the supported lipid bilayer (SLB) is an attractive platform which enables in vitro investigation of membrane-related ...

A Rapid and Quantitative Fluorimetric Method for Protein-Targeting Small Molecule Drug Screening

We demonstrate a new drug screening method for determining the binding affinity of small drug molecules to a target protein by forming fluorescent gold nanoclusters (Au NCs) within the drug-loaded protein, based on the differential fluorescence signal emitted by the Au NCs. Albumin proteins such as human serum albumin (HSA) and bovine serum albumin (BSA) are selected as the model proteins. Four small molecular drugs (e.g., ibuprofen, warfarin, phenytoin, and sulfanilamide) of different binding affinities to the albumin proteins are tested. It was found that the formation rate of fluorescent Au NCs inside the drug loaded albumin protein under denaturing conditions (i.e., 60 &#176;C or in the presence of urea) is slower than that formed in the pristine protein (without drugs). Moreover, the fluorescent intensity of the as-formed NCs is found to be inversely correlated to the binding affinities of these drugs to the albumin proteins. Particularly, the higher the drug-protein binding affinity, the slower the rate of Au NCs formation, and thus a lower fluorescence intensity of the resultant Au NCs is observed. The fluorescence intensity of the resultant Au NCs therefore provides a simple measure of the relative binding strength of different drugs tested. This method is also extendable to measure the specific drug-protein binding constant (KD) by simply varying the drug content preloaded in the protein at a fixed protein concentration. The measured results match well with the values obtained using other prestige but more complicated methods.

A protocol for small molecular drug screening based on in-situ synthesis of ultrasmall fluorescent gold nanoclusters (Au NCs) using drug-loaded protein as template is presented. This method is simple to determine the binding affinity of drugs to a target protein by a visible fluorescent signal emitted from the protein-templated Au NCs.

מהיר וכמוני Fluorimetric שיטה להקרנת סמים מיקוד-חלבון מולקולה קטנה

We demonstrate a new drug screening method for determining the binding affinity of small drug molecules to a target protein by forming fluorescent gold ...

Tunable Hydrogels from Pulmonary Extracellular Matrix for 3D Cell Culture

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung tissue from porcine, rat, or mouse, the tissue is perfused and submerged in subsequent chemical detergents to remove the cellular debris. Histological comparison of the tissue before and after processing confirms removal of over 95% of double stranded DNA and alpha galactosidase staining suggests the majority of cellular debris is removed. After decellularization, the tissue is lyophilized and then cryomilled into a powder. The matrix powder is digested for 48 hr in an acidic pepsin digestion solution and then neutralized to form the pregel solution. Gelation of the pregel solution can be induced by incubation at 37 &#176;C and can be used immediately following neutralization or stored at 4 &#176;C for up to two weeks. Coatings can be formed using the pregel solution on a non-treated plate for cell attachment. Cells can be suspended in the pregel prior to self-assembly to achieve a 3D culture, plated on the surface of a formed gel from which the cells can migrate through the scaffold, or plated on the coatings. Alterations to the strategy presented can impact gelation temperature, strength, or protein fragment sizes. Beyond hydrogel formation, the hydrogel stiffness may be increased using genipin.

This is a method to create a 3-dimensional cell culture scaffold from pulmonary extracellular matrix. Intact lung is processed into hydrogels that can support the growth of cells in three-dimensions.

הידרוג מתכוונן מ מטריקס ריאתי עבור תרבית תאים 3D

Here we present a method for establishing multiple component cell culture hydrogels for in vitro lung cell culture. Beginning with healthy en bloc lung ...

A Net Mold-based Method of Scaffold-free Three-Dimensional Cardiac Tissue Creation

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. Human-induced pluripotent stem-cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CMs), human cardiac fibroblasts (HCFs), and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) are isolated and used to generate a cell suspension with 70% iPSC-CMs, 15% HCFs, and 15% HUVECs. They are co-cultured in an ultra-low attachment "hanging drop" system, which contains micropores for condensing hundreds of spheroids at one time. The cells aggregate and spontaneously form beating spheroids after 3 days of co-culture. The spheroids are harvested, seeded into a novel mold cavity, and cultured on a shaker in the incubator. The spheroids become a mature functional tissue approximately 7 days after seeding. The resultant multilayered tissues consist of fused spheroids with satisfactory structural integrity and synchronous beating behavior. This new method has promising potential as a reproducible and cost-effective method to create engineered tissues for the treatment of heart failure in the future.

This protocol describes a net mold-based method to create three-dimensional scaffold-free cardiac tissues with satisfactory structural integrity and synchronous beating behavior.

שיטה המבוססת על עובש נטו הבריאה ברקמת הלב לגרדום ללא תלת מימדי

This protocol describes a novel and easy net mold-based method to create three-dimensional (3-D) cardiac tissues without additional scaffold material. ...

Cell-free Protein Expression Using the Rapidly Growing Bacterium Vibrio natriegens

The marine bacterium Vibrio natriegens has garnered considerable attention as an emerging microbial host for biotechnology due to its fast growth rate. A general protocol is described for the preparation of V. natriegens crude cell extracts using common laboratory equipment. This high yielding protocol has been specifically optimized for user accessibility and reduced cost. Cell-free protein synthesis (CFPS) can be carried out in small scale 10 &#956;L batch reactions in either a 96- or 384-well format and reproducibly yields concentrations of &#62; 260 &#956;g/mL super folder GFP (sfGFP) within 3 h. Overall, crude cell extract preparation and CFPS can be achieved in 1&#8722;2 full days by a single user. This protocol can be easily integrated into existing protein synthesis pipelines to facilitate advances in bio-production and synthetic biology applications.

Cell-free Protein Expression Using the Rapidly Growing Bacterium Vibrio natriegens

Cell-free expression systems are powerful and cost-efficient tools for the high-throughput synthesis and screening of important proteins. Here, we describe the preparation of cell-free protein expression system using Vibrio natriegens for the rapid protein production using plasmid DNA, linear DNA, and mRNA template.

תא ללא חלבון ביטוי באמצעות החיידק גדל במהירות ויבריו natriegens

The marine bacterium Vibrio natriegens has garnered considerable attention as an emerging microbial host for biotechnology due to its fast growth rate. A ...