이 연구는 플 리 머 스 대학 인문 학교와 공연 예술에 의해 투자 되었다. 저자 그들의 전도성 PLA의 샘플을 공급을 위해 Functionalize를 인정 하 고 싶습니다.

1. 3D 인쇄 콘센트의 제작 인쇄 침대 온도 85 ° C를 설정 하려면 프린터 인터페이스를 사용 하 여 <ol><li>챔버, 뚜껑, 및 베이스 <ol><li>부하 3D 프린터 고 영향도 폴리스 티 렌 (엉덩이) 그리고 230 ° c 압출 기 온도 도달 하면, 게으름 뱅이 팔을 풀고, 필 라 멘 트를 삽입 하 고 뜨거운 쪽으로 밀어내기 시작 될 때까지 밀어. 필 라 멘 트 게으름 뱅이 팔 풀림 그리고 압출된 소재 제거.</li>
		<li>3D 인쇄 파일 탭으로 이동 하 고 가져오기/열기 옵션 ( 그림 2)를 선택 하 여 일반적으로 달성 될 수 있는 소프트웨어를 깔 끔 히 3D 소켓 STL 모델 파일을 가져올.</li>
		<li>소프트웨어를 깔 끔 히 높고 낮은 품질 인쇄 설정을 제공 하는 경우 또한 올바른 소재 프로 파일을 선택 하면서 고품질 선택. 
		참고: 하나의 실행에 여러 그릇 인쇄 있는지 확인 하는 경우 소프트웨어 한 번에 하나의 각 개체를 인쇄 하려면 설정 됩니다. 이 단계를 생략 하는 경우 인쇄 품질을 줄일 수 있습니다, 가능성이 발생 허용 문제는 부품을 함께 피팅 때.</li>
		<li>인쇄 완료 되 면 인쇄 침대 온도 50 ° C 아래 부분을 제거 하는 때까지 기다립니다.</li>
		<li>전극와 챔버 피팅 때 방해를 일으킬 수 있는 어떤 불완전 든 지의 전극 소켓을 취소 부드럽게 얇은 와이어 브러시를 사용 하 여.</li>
	</ol></li> <li>전극 <ol><li>청소 필 라 멘 트에 대 한 엉덩이 필 라 멘 트를 교체 하 고 충분 한 자료의 인쇄 머리를 통해 실행.</li>
		<li>프린터는 전기 전도성 polylactic 산 (PLA) 필 라 멘 트를 0.75 Ω-cm 이하로 볼륨 저항력과 로드.</li>
		<li>인쇄 침대 온도 60 ℃ 및 230 ° C에 압출 기를 설정 (단계 1.1.1 지침 참조).</li>
		<li>온도 도달 하면, 몇 센티미터 프린트 헤드를 통해 필 라 멘 트의 압출 성형. 이 프로세스는 이전 세션에서 모든 입자 제거 되도록 하는 데 도움이 됩니다.</li>
		<li>3D 인쇄 소프트웨어, 슬라이스를 사용 하 여 로드 전극 STL 파일 ( 그림 3).</li>
		<li>인쇄 설정에서 다음 지정: 레이어 높이 = 0.16 m m, 쉘 두께 1.7 m m, 하단/상단 두께 = = 0.74 mm, 채우기 밀도 = 100% ( 그림 4).</li>
		<li>하나 실행에 여러 가지 전극 인쇄를 한 번에 하나씩 인쇄 프린터 설정.</li>
		<li>한번 인쇄 전극 인쇄 침대에 때까지 떠나지 그들은 실내 온도에 냉각. 그러면 부품 뒤틀린 것과 misshaped 될 하지 않습니다.</li>
	</ol></li> <li>소켓 어셈블리 <ol><li>두 챔버의 각 전극 슬롯. 단계 1.1.5 제대로 완료 된 경우 전극 힘 없이 실로 야 한다.</li>
		<li>폴 리 염화 비닐 (PVC) 튜브 (4 m m 내경 및 외경 6 m m)를 똑바로 하 고 깔끔하게 각 끝 절단 되도록 돌의 10mm 조각 잘라 날카로운 메스를 사용 하 여.</li>
		<li>부드럽게 두 전극의 가장자리에 10 m m PVC 튜브의 양끝을 완화.</li>
		<li>연결, 2 개의 약 실을 베이스에 클립.</li>
	</ol></li></ol> 2. 소켓 준비와 P. polycephalum 접종 <ol><li>2 %agar 중간 준비 <ol><li>250 mL 유리병에 넣어 비 영양소 미생물 한 천 가루 2 g.</li>
		<li>이온된 물 100 mL를 추가 하 고 잘 섞으십시오.</li>
		<li>압력솥에서 121 ° C 또는 장소 15-20 분에 대 한 끓는 물 욕조에 12-15 분 병</li>
	</ol></li> <li>소켓으로 agar 기판 설정 &#39; s 챔버 <ol><li>녹아 물 목욕 이나 전자 레인지를 사용 하 여 한 천.</li>
		<li>녹은 한 천 2 mL 피 펫을 채울.</li>
		<li>소켓의 각 채우기 &#39; 여 피펫으로 내부 기지 위에 약 5mm의 펜촉을 유혹 천천히 연결의 하단까지 웰 스의 챔버 튜브 구멍.</li>
		<li>즉시 우물을 작성 후 각 약 실에 뚜껑을 배치 하 고는 agar는 설정 하 고 실내 온도 도달 될 때까지 용기를 마련해.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum 접종 <ol><li>귀리 플레이크 두 챔버의 각 장소.</li>
		<li>는 굶 어에서 pseudopods의 1 2 mL blob을 제거 (약 12 h) 문화 변형 체의 2 개의 약 실 중 하나에 놓습니다. 빠른 성장을 촉진 하려고 기체의 앞쪽 가장 활성에서 원형질.</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. 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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>

저자는 공개 없다.

이 종이 memristors myxomycete P. polycephalum에서 성장 하는 방법을 제시. 유기 체 관련 바이오 memristors 구현 된 제약 조건 중 일부를 극복 하기 위해 설계 된 3 차원 인쇄 그릇 안으로 성장 된다. 이러한 한계는 설치 시간, 샘플 성장 시간, 및 샘플 샘플 성장 조건 및 전기 관측을 위한 규격화의 부족 포함합니다.
우리의 콘센트 반도 예술 현대 음악 축제 2016 (PACMF) 및 해당 웹사이트15에 대 한 인쇄 홍보 자료에서 2015 년에 처음으로 밝혀졌다. 여기, 우리의 기술 라이브 뮤지션 뮤지컬 반주를 생성할 수 있던 하이브리드 하드웨어 bioware 인터랙티브 뮤직 시스템을 개발 사용 되었다. 참조14, 우리는 우리의 콘센트의 광범위 한 테스트에 보고 하 고 이전 접근9,10에 대 한 결과 비교. 이러한 발전에 따라 연구자의 또 다른 그룹 이후에 만드는 성장 환경 생물의 thermistive 속성16, 공부를 탐험 하지만 이들은 memristive 속성과 동일. 그러나, 단지 있었다 P. polycephalum memristors13,17를 구현 하는 제어 방법을 개발에서 다른 2 개의 시도. 이러한 실험에서 우물입니다 (PDMS) 라는 젤 같은 생체 탄성 소재로 만들어진 고 전극은 다양 한 금속 또는 poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS)를 사용 하 여 만들어진. 이러한 자료는 정기적으로 전자, 마이크로, 그리고 바이오 닉 공학에 사용 됩니다, 하지만 그들은 비싸다 하 고 약간의 전문 지식을 사용 하 여 필요. 예를 들어 PEDOT:PSS 그것의 전도도 개선 하기 위해 스핀-코팅 및도 핑 필요 합니다. 따라서 기술 전문가 리소스에 액세스 권한이 없는 사람에 도달 됩니다. 이 문서에서 제공 하는 소켓 사용 방법 및 물자를 쉽게 액세스 하 고 저렴 합니다. 또한, 서식 지, 어디 시도 시간 어떤 기간에 대 한 셀을 살아 있는 유지 되었다 다른 P. polycephalum memristor 시 달리는 변형 체에 대 한 친절 한 환경을 제공 하는 디자인.
지금까지, 그것은 이전 방법을 사용 하 여 (그림 5, 왼쪽) 접시에 유기 체를 경작 하는 일관 된 I-v 측정을 얻기 위해 어렵게 되었습니다. 우리의 방법을이 시나리오를 크게 향상 (그림 6). 우리의 소켓 테스트의 결과 디자인은 성장 시간을 감소, 수명 증가, 표준화 구성 요소 응답을 캡슐화 유기 체를 보호 microenvironment를 만든 증명 하고있다. 또한, 장치는 전기 체계의 구성 요소로 서 유기 체를 통합의 가능한 수단을 제공 합니다.
제시 방법 다양을 한 전기 시스템 내에서 P. polycephalum memristors 활용에 관련 된 문제를 완화 한다. 그러나, 더 연구 및 개발을 필요로 하는 제한이 있습니다. 첫째, 응축 그릇 온도에 빠른 변화를 복종 되는 경우 또는 긴 기간에 대 한 높은 전압을 적용 하는 경우 연결 튜브의 내부 표면에 수집할 수 있습니다. 후자는 유기 체의 높은 저항 전기 에너지를 일으키는 열으로 옮겨질 예정 이다. 만약 중요 한, 결로 연결 튜브의 양쪽 끝에 두 전극 사이의 낮은 저항 통로 만들 수 있습니다. 이 한계는 memristors 오버 로드 되지 있습니다 함으로써 효과적으로 관리할 수 있습니다. 둘째, memristors 제시 메서드를 사용 하 여 생산의 전반적인 저항 구성 요소-구성 요소에서 달라질 수 있습니다. 이러한 현상을 하지 재조립 튜브의 외부 직경을 제한 하는 접근의 결과 수 있습니다. 따라서, 사용자는 memristors의 그들의 응용 프로그램으로 보정 프로세스를 통합 해야 합니다.
이 방법론 감사 우리 지금 P. polycephalum에서 memristive 관측을 원인이 되는 생물학 과정 공부를 시작할 수 있습니다. 그것은 같은 프로세스 우리가 악용 수 있습니다 동적 매개 변수는 요소의 사용을 증가 시키기 위해. 우리는 전압 문을 단 이온 채널 memristance에서 역할을 하는 경우에 변경 되는 extracellular 이온 농도 일부 예비 실험을 실행 하기 시작 했습니다.
제시 그릇만 P. polycephalum memristors 구현에 대 한 설계 되었습니다. 그러나이 소자 들은 단일 구성 요소를 구현 하는 넘어 사용 하,. 예를 들어 참조12,18, 재조립 관 자가 조립 및 자체 수리 생물학 와이어로 연구 했다. 이러한 두 조사에서 연구팀은 추가 작업 방법을 성장 하는 계획에 따르면 재조립 관의 확립 필요 했다 표현 했다. 그릇이이 문서에서 앞으로 넣어 두, 또는 잠재적으로 더 많은 포인트 사이 튜브의 생산을 묘사 하는 방법을 제공 합니다. 그림 7 두 사진 길이에 건강 한 튜브를 성장 하는 그릇을 사용할 수 있는 설명에 100 m m 이상. 참조18, 재조립 튜브의 전달 함수는 조사 되었다. 이 조사에서 결과 튜브를 성장 하는 데 필요한 한 유기 체는 전기 시스템에 통합 될 경우 문제가 발생할 수 있음을 나타냅니다. 이것은 기판의 커패시턴스 때문입니다. 여기에 제시 된 그릇 여전히 높은 습도 유지 하는 한이 필요 합니다. 그러나, 소켓의 디자인에 작은 변화, 그것은 분리형 튜브를 만들 수입니다. 이 설정 완전 하 고 전기 시스템에 잘린 성장 되는 약 실에서 연결이 끊어질 수 튜브에 대 한 수 있습니다. 또한, 튜브의 건강 악화 하기 시작, 그것은 수 수 다시 연결 음식과 유예에 대 한 새로운 챔버에 때까지 그것은 자체 수리 하 고 다시 사용할 수 있습니다. 그림 8 약 실에서 연결이 긴 튜브의 사진을 보여줍니다. 미래 연구는 한 없이 고 제시 방법을 사용 하 여 길이에 성장 될 때 재조립 튜브의 전기적 특성을 조사 필요 합니다.

오늘날의 컴퓨터 3 2-터미널 기본 수동 회로 요소를 사용 하 여 만들어집니다: 커패시터, 저항, 및 인덕터. 수동 요소만 낭비 하거나 그것을 생성 하지 않는 에너지를 저장 할 수 있다. 이러한 요소는 18일 및19 세기에 설립 되었다 하 고 맥스웰 방정식을 통해 연결. 4 개의 회로 변수 2 사이 그들의 관계의 측면에서 이러한 세 가지 회로 부품의 각 정의 즉, 전류 (I), 전압 (V), 충전 (Q), 그리고 플럭스 연계 (φ). 충전 전류의 시간 적분 이며 플럭스의 시간 적분으로 전압을 정의 하는 패러데이 법칙. 따라서, 커패시터 충전 전압 사이의 관계에 의해 정의 됩니다, 저항 및 전류, 전압 사이 관계에 의해 정의 되 고 인덕터는 자 속 간의 관계에 의해 정의 하 고 현재. 잘 한 세기 이상,에 대 한 이러한 요소 전자의 초석 이었다. 그러나, 그들은 단지 플럭스 연계 및 링크 되지 않은 충전 회로 변수 사이의 가능한 관계를 4 쌍의 3 개를 나타냅니다. 1971 년 레온 Chua 어디 그 누락 된 네 번째 요소 라고는 memristor 나머지 두 개의 변수를 연결 했다 postulated 종이1 를 발표 했다. memristor 수 수축 '메모리 저항.' 따라서 그것의 역사를 기억 하는 저항으로 설명 그 기간 이전에 적용 된 전압의 크기에 따라 그것의 저항을 변경 하 여이 요소 기능. 또한,는 memristor 전압은 더 이상 적용 되 면 마지막 저항 상태를 유지 합니다. 커패시터, 저항, 및 인덕터와 달리 memristor의 행동은 비선형,-V 프로필에 분명 슬쩍된 히스테리시스 루프는 AC 전압에서 형성 된다. 이 루프는 2 개의 수직 진동의 높고 낮은 저항 상태를 포함 하는 리사 그림의 형태로 걸립니다. Chua의 공식화 memristance 이론, 전에 다른 연구원 보도 했다 특정 주파수에서 메모리 저항 효과에 마이크로미터에서 전기 장치 개발 함께 금속 산화물, 고분자 등 재료를 실험 하는 경우 규모2. 그러나, 대부분의 경우에서 이러한 효과 바람직하지 않은 간주 됐다. 그것은 거의 40 년 물리적 장치에 연결 되어 있어야 Chua의 형식화에 대 한 연구자 memristive 효과 이용의 방법을 개발을 시작 했다. HP 연구소에서 팀 20083 요소에 거 대 한 관심을 촉발 하는 memristive 장치 조작에 성공 했다.
컴퓨터 과학자 memristor 단일 단위로 처리 및 메모리 능력을 결합 하 여 첫 번째 요소로 신용 되 고 그것 때문에 예리한 관심을가지고. 그것은 또한 스파이크 타이밍 종속 소성 (STDP)4, 이름 하지만 하나 같이 특정 신경 프로세스에 유사한 된 동작을 표시 합니다. 이러한 행동은 메모리와 중앙 처리 장치 (CPU) 구분5포기 같은 뇌 컴퓨팅 기술 건물의 관점을 상승을 주고 있다. Memristors (예 티 오2, 사용) 개발에 인기 있는 접근, 달리 우리의 야망 유기 바이오 memristor 개발 하는 것입니다. 또한, 우리는 어떻게이 구성 요소는 엔지니어링 컴퓨팅 장치; 기존의 방식 넘어 패러다임을 탐구의 수단을 제공할 수 있습니다에 관심이 예를 들어, 창조적인 분야에서에서 응용 분야의 컴퓨터 음악6.
Memristance는 연구원은 최근 생물 학적 시스템의 범위에 걸쳐 발견 되는 효과입니다. 예를 들어 memristive 속성 알로에 베라 식물7 와 인간의 피부8인용 하지만 2에서 관찰 되었습니다. 이러한 발견 생물학 기판에서 처리 및 메모리 장치를 구현할 수 있을 수 있습니다 나타냅니다. 기술 내 유기 시스템 활용 자기 집합 같은 흥미로운 개념을 탐구 하는 우리, 자가 수리, 낮은 환경에 미치는 영향, 및 자체 전원 수 있습니다. 그러나 전에 우리가 이러한 기회를 조사할 수 있습니다, 몇 가지 과제 해결 될 필요가 있다. Memristive 속성을 생물 학적 시스템의 많은 실제 전자 부품으로 그들의 생존 능력을 제한 하는 중요 한 제약 조건이 있다. 예, 알로에 베라 잎7 빛을 필요, 한정 된 수명이 있다 고 회로로 통합 하기 어려울 것 이다. 또한, 여러 다른 비보에 memristive 현상 같은 인간의 땀 덕트8없습니다 실험실 및 일상 전자 시스템에 사용 하기 위해 시스템 개발을 위한 현재 가능한 옵션. 그러나, 모든 memristive 현상에의 한 잠재적인 후보입니다: P. polycephalum.
P. polycephalum 의 변형 체는 무 조직 단 세포 시스템 memristive 구성 요소9,10로 발견 되었습니다입니다. 이 유기 체는 다 수 이유를 위한 하이브리드 하드웨어 wetware 전자에서 연구를 위한 이상적인 후보자 이다. 첫째, 유기 체 비 병원 성, 거시적인, 고는 변형 체 엔지니어 및 비 생물학 렌더링 아무 전문 장비 사용을 요구 한다. 둘째, 셀 비정 질, 와이어 같은 혈관의 네트워크를 형성 이며 대부분 기판 (그림 1)에 성장할 것입니다. 이러한 속성에는 셀의 형태는 전통적인 전기 체계를 따라야 하 delineated 쉽게 수를 수 있습니다. 변형 체 4 년11, 살 수 있는 그리고 그것의 정 맥 자체 복구 전도성 경로12로 작동할 수 있다 시연 하는 연구도 있다. 여러 실험실 연구는 생명체의 memristive 능력9,,1013 확인 했습니다 그리고 지금 시간 그것의 잠재력을 탐구 하는 잘 익은.
P를 사용 하 여 아이디어입니다. polycephalum memristors은 상대적으로 새로운. 그 결과, 측정 하 고 관찰의 전기적 특성에 대 한 아무 설립된 기준이 있다. 그러한 실험 절차 같은 연구 그룹 및 그룹 사이에서 균일의 부족 사이 불일치는 이유 결과9,10출판 있을 수 있습니다. 그런 변이 샘플 성장 조건 및 처리에서 가장 눈에 띄는 높습니다. 따라서, 우리 생산 방법을 확립 해야 하 고 오류가 발생할 수 있습니다 요소는 더 나은 P. polycephalum memristors 테스트 제어 및 모니터링.  또한, 우리는 전기 시스템에 안정적이 고 쉬운 통합을 허용 하는 P. polycephalum memristors 구현 메서드를 만드는 데 필요 합니다.
이 문서에 소개 된 메서드는 전기 회로도에 부품으로 유기 체를 통합의 수단을 제공 하 여 P. polycephalum memristors의 실용적인 응용 프로그램의 탐색을 위해 플랫폼을 제공 합니다. 그것은 이러한 기술 하이브리드 하드웨어 wetware 시스템의 실제 사용을 탐험 하고자 하는 엔지니어에 게 호소 합니다. 또한, 그것은 비 전문가 (예를 들어, 오픈 소스 전자 프로토 매니아)에 액세스할 수 누구 파격적 컴퓨팅의 측면을 함께 실험에 관심이 있을 수 있습니다 하지만 프로토 타입에 적응을 찾아 어려운 발견 그들의 필요합니다. 일부 잠재적인 응용 프로그램 동작, 상태 저장 l 수행 접근 개발 급상승 memristors 활용 하는 확률 모델 구현 포함 될 수 있습니다.ogic 작업 및 정보 저장에 대 한 신경 프로세스 모델링 및 처리 합니다.

<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

우리의 연구 엔지니어 소설 bioelectronic 시스템 및 생물학 기반 컴퓨팅 아키텍처 위해서는 생물의 전자 속성의 더 나은 이해를 얻고 목적 이다. 이 특정 종이 단 세포 점액 금형 개발 바이오 memristors (또는 생물 학적 memristors) Physarum polycephalum 활용에 초점을 맞추고 및 바이오 컴퓨팅 장치. memristor 메모리를 소유 하는 저항입니다. 그것은 4 기본적인 수동 회로 요소 (다른 3 개는 저항, 커패시터, 인덕터), 컴퓨팅 시스템의 새로운 종류의 디자인에 대 한 방법을 포장입니다. 예를 들어, 저장 및 중앙 처리 장치 사이 구별을 포기 수 컴퓨터. AC 전압으로 적용 하는 경우는 memristor의 전압 특성 대 전류는 슬쩍된 히스테리시스 루프. 그것은 P. polycephalum AC 전압에서 슬쩍된 히스테리시스 루프를 생성 하 고는 memristor의 기능 비교 적응형 동작 표시 되었습니다. 이 문서 제공 우리가 개발 하는 바이오-memristors P. polycephalum 를 구현 하 고 문화 유기 체, 전자 회로 구성 요소로 배포를 용이 하 게 하는 소켓의 개발을 소개 합니다. 우리의 방법은 성장 시간을 감소, 부품 수명 증가 및 전기 관측 표준화을 입증 했다.

대표적인 결과 생성 하려면 우리는 위에서 설명 하는 정확한 방법을 사용 하 여 5 샘플을 설정 합니다. 컨트롤에 대 한 5 샘플 또한 초기 P. polycephalum memristor 조사9,10에 설명 된 방법을 사용 하 여 배열 되었다. 여기, 우리는 2 개의 전극 간격을 60 mm 페 트리 접시 내 ~ 10 mm의 거리에 위치. 주석 도금된 구리 와이어 (0.2 m m에 16 대) 2% 비 영양소 이온된 agar (~ 2 mL)으로 가득의 원형 (직경에서 ~ 20 mm) 각 전극에 의하여 이루어져 있다. 모든 샘플 시간 경과 이미지 성장 시간 검토를 통해 감시 되었다. 여기, 5 소켓 샘플 접종의 10 h 이내 두 전극을 연결. 미만 2 시간에서 이들의 빠른 성장 그리고 가장 긴 7 h는 24 분의 모든 5 샘플에서 평균 평균 성장 시간이 10 h. 컨트롤 샘플의 4 개는 연결 생산 재조립 튜브와 접종 전극에서 전파 하지만 필요한 연결 했다 전에 밖으로 건조. 동안 느린 제어 샘플 26 h 15 분에 걸쳐 평균 증가 시간 36 h 컨트롤 샘플의 빠른 19 h 이내에 그것의 연결을 했다. 이러한 데이터는 memristors 제시 메서드를 사용 하 여 재배에 대 한 성장 시간에 상당한 감소를 보여준다.
V 프로 memristor의 그것의 가장 큰 특징입니다. 따라서, 우리이 문서에 대 한 대표적인 결과 생성 하는 샘플에 I-v 측정을 수행 합니다. 여기, 순간 전류 측정 160 단계 전압 사인 파의 각 포인트에서 만들어졌다. 각 전압 단계 했다 2 s. 전기 측정의 정적 망설임 시간 되었다 230 프로그래밍 가능 전압 소스와 617 프로그래밍 가능한 전위 계를 사용 하 여. 이 소자 들은 전압 및 높은 해상도에서 복용 측정을 소싱할 수 있는 선정 되었다. 실험은 실내 온도에 라이팅된 룸에서 실시 했다.
그림 6 P. polycephalum memristors에 테스트에서 생산 하는 전형적인 i-v 곡선을 보여준다. 그림 6 c 와 6 d 배양 접시에서 구현 하는 구성 요소에서 대표적인 측정 플롯을 표시 합니다. 이 메서드를 사용 하 여 결과, 곡선 같은 샘플에 측정은 형태학 상으로 유사한, 히스테리시스 변화 한다 무 겁 게 샘플 샘플에서 보여줍니다. 이러한 변형 핀치 포인트, 긍정적이 고 부정적인 돌출부의 규모와 부정적이 고 긍정적인 전압 도메인 측정 사이 대칭의 위치를 포함합니다. 따라서,-V 커브 memristors 페 트리 접시 메서드를 사용 하 여 측정는 '이상적인' memristor의 발자국 핀치 포인트 제로 전압 및 전류에서 하지 않기 때문에. 그림 6a , 6b memristors 그릇에 성장에서 대표적인 측정 그래프를 표시 합니다. 핀치 점 위치 및 이러한 히스테리시스 루프의 엽 크기는 상대적으로 일관 된 이산 샘플 곡선 다른 전압 범위 및 시간 단계에서 테스트와 샘플 샘플 곡선에서. 따라서, 소켓-V 곡선 했다 더는 '이상적인' memristor 풋프린트, 핀치 포인트는 항상 단 수의 거의 일관 되 게 0 전압에서 연상 하 고 현재. 그러나, 비록 히스테리시스 형태학 비슷한 샘플 샘플, 샘플 사이의 전체 저항에 변화가 했다. .
테스트 각 샘플에 만들어진 초기 I-v 측정 완료 했다, 그들은 아무 memristive 곡선을 제시 될 때까지 하루에 한 번. 4 제어 샘플의 2를 건조 초기 테스트의 2 일 안에 나머지 2 추가 2 일 동안 슬쩍된 곡선을 기록 하는 동안. 소켓 샘플 3 샘플을을 초과 하는 것은 적어도 7 일 동안 그들의 memristance를 유지. 시간이 지나면서 각 소켓 샘플의 재조립 튜브의 두꺼운, 되었다 전체 저항에서 감소, 일부 샘플 10-04 x A에 측정 10 V 범위 10-05 그들의 이전 테스트에서 x A에 대 한 실행.
리더 문서 Braund14 제시 소켓의 광범위 한 테스트에 대 한 결과 의해 불린다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
그림 1: P. polycephalum의 변형 체의 2 일 된 문화 사진. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
그림 2: 소켓 STL 파일 조각화 소프트웨어에 로드 된 후의 화면. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
그림 3: 전극 STL 파일 조각화 소프트웨어에 로드 된 후의 화면. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
그림 4: 인쇄 전극 STL 모델에 대 한 설정 구성의 스크린샷.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
그림 5: P. polycephalum memristors 페 트리 접시 (왼쪽)에 구현 하 고 (오른쪽)이이 문서에 소개 된 방법을 사용 하 여 묘사한 두 사진. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
그림 6: 4-V 그래프 두 memristors 그릇 (a, b)에서 재배를 2 접시 (c, d)에 구현 된 생산 되었다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
그림 7: 다양 한 길이에서 튜브를 성장 하는 데 사용 되는 소켓을 보여주는 사진.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > 그림 8: 약 실에서 연결이 재조립 튜브를 보여주는 사진.

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A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

바이오-memristors 점액 금형에서 성장 하는 방법

이 지 바이오-memristors Physarum polycephalum의 변형 체의 성장에 대 한 개선된 방법을 소개 합니다. 이러한 메서드는 성장 시간을 감소, 부품 수명 증가, 전기 관찰, 표준화 및 기존의 회로에 통합 될 수 있는 보호 된 환경을 만들을 입증 했다.

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 조회수.  Plymouth University. 이 지 바이오-memristors Physarum polycephalum의 변형 체의 성장에 대 한 개선된 방법을 소개 합니다. 이러한 메서드는 성장 시간을 감소, 부품 수명 증가, 전기 관찰, 표준화 및 기존의 회로에 통합 될 수 있는 보호 된 환경을 만들을 입증 했다.

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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.

디자인과 낮은 비용의 사용, 자동 Morbidostat 박테리아의 적응 진화에 대한 항생제 약물 선택에서

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

연구

유전학

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.

마이크로 스케일 영양소 레이어에 해양 미생물의 Chemotactic 응답

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

생물학

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.

마이크로 기둥 미세 유체 장치에서 바이오 필름 보리 형성을위한 프로토콜

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 ...

생체공학

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.

설계, 치료, 세포 도금 및 기능적으로 간 연결 회로의 구성, 모듈 형 신경 네트워크의 배양 표면

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

신경과학

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.

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.

미생물 행동을 연구하기 위한 제어된 동적 화학 적 경관 생성

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.

수백 개의 알비칸스 세포에 대한 생체 원자력 현미경 측정 자동화

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.

소프트 리소그래피의 변경을 사용하여 루트 표면 미세 구조의 생물 적 복제

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.

마이크로 유체 장치를 사용하면 단일 신진 효모 세포의 수명과 세포 표현형을 측정하는

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

마이크로 스케일 신경 세포 배양 장치를 위한 3D 프린팅의 응용

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.

저자 스포트라이트: 뇌 기능 분석을 위한 모듈식 뉴런 네트워크

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.

2광자 중합 마이크로 스케일 신경 세포 배양 장치의 3D 프린팅

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