Esta pesquisa foi financiada pela escola de Humanidades e artes cênicas da Universidade de Plymouth. Os autores que gostaria de agradecer Functionalize por fornecer amostras de seu PLA condutora.

1. fabricação de um receptáculo 3D impresso <ol><li>Chambers, tampas e base <ol><li>carga um 3D impressora com poliestireno de alto impacto (HIPS) usando a interface de impressora para definir a temperatura da cama impressão a 85 ° C e a extrusora de 230 ° C. Quando as temperaturas são atingidas, soltar o braço tensor, inserir o filamento e empurre para baixo até que ele começa a extrusão do final quente. Em seguida, volte a apertar o braço tensor do filamento e remover o material extrudado.</li>
		<li>Importar o arquivo de modelo 3D recipiente STL para uma impressão 3D corte software, que normalmente pode ser alcançado, acesse a guia arquivo e selecionando as opções de importar/abrir ( Figura 2).</li>
		<li>Se cortar software de alta e baixa oferece configurações de qualidade de impressão, selecione alta qualidade garantindo também que o perfil material correto está selecionado. 
		Nota: Se imprimir vários recipientes durante uma corrida, certifique-se de que o software está definido para imprimir cada objeto um de cada vez. Se esta etapa será pulada, a qualidade de impressão pode ser reduzida, o que provavelmente causará problemas de tolerância ao encaixar as peças juntos.</li>
		<li>Quando a impressão estiver concluída, espere até que a temperatura da cama impressão é inferior a 50 ° C para remover as peças.</li>
		<li>Suavemente com uma escova de arame fino, limpar o soquete de eletrodo de todas as imperfeições que podem causar obstruções ao encaixar a câmara com um eletrodo.</li>
	</ol></li> <li>Eletrodos <ol><li>substituir o filamento de quadris para um filamento limpeza e correr bastante o material através da cabeça de impressão.</li>
		<li>Carregar a impressora com um filamento de ácido (PLA) polilático eletricamente condutor que tem uma resistividade de volume igual ou inferior a 0,75 cm Ω.</li>
		<li>Definir a temperatura da cama impressão a 60 ° C e a extrusora a 230 ° C (consulte Etapa 1.1.1 para orientação).</li>
		<li>, Quando as temperaturas são atingidas, extrude vários centímetros do filamento através da cabeça de impressão. Este processo irá ajudar a garantir que todas as partículas de sessões anteriores são removidas.</li>
		<li>Usando uma impressão 3D corte software, carregar o arquivo STL eletrodo ( Figura 3).</li>
		<li>Nas configurações de impressão, especifique o seguinte: altura da camada = 0,16 mm, espessura da casca = 1,7 mm, espessura inferior/superior = 0,74 mm, densidade de preenchimento = 100% ( Figura 4).</li>
		<li>Se imprimir vários eletrodos em uma corrida, defina a impressora para imprimir um de cada vez.</li>
		<li>Uma vez impresso, deixe os eléctrodos na cama impressão até terem arrefecido à temperatura ambiente. Isso garante que a parte não tornar-se deformado e deformada.</li>
	</ol></li> <li>Montagem receptáculo <ol><li>Slot um eletrodo em cada uma das duas câmaras. Se passo 1.1.5 foi concluído corretamente, os eléctrodos devem entrar as câmaras sem muita força.</li>
		<li>Usando um bisturi afiado, corte um pedaço de 10 mm de cloreto de polivinila (PVC) tubulação (diâmetro interno de 4 mm e 6 mm de diâmetro exterior) tendo o cuidado de garantir que cada extremidade é cortada em linha reta e limpa.</li>
		<li>Aliviar suavemente cada extremidade do tubo de PVC de 10 mm sobre a borda de dois eletrodos.</li>
		<li>Uma vez conectado, as duas câmaras de encaixe na base.</li>
	</ol></li></ol> 2. Preparação do receptáculo e inoculação de p. polycephalum <ol><li>2% preparação médio de ágar <ol><li>colocar 2G de pó não-nutriente ágar microbiológicos em um frasco de vidro de 250 mL.</li>
		<li>Adicionar 100 mL de água desionizada e misturar bem.</li>
		<li>Autoclave a garrafa para 12-15 min a 121 ° C ou lugar num banho de água fervente por 15-20 min.</li>
	</ol></li> <li>Definindo o substrato de agar no receptáculo &#39; câmaras s <ol><li>derreter o ágar usando um banho-maria ou microondas.</li>
		<li>Encher uma pipeta 2 mL com ágar fundido.</li>
		<li>Encha cada um do recipiente &#39; câmaras s pairando a ponta da pipeta aproximadamente 5 mm acima da base interna e lentamente preenchendo os poços até o fundo da conexão do tubo buraco.</li>
		<li>Imediatamente após o enchimento dos poços, coloque uma tampa em cada uma das câmaras e reserve o recipiente até o ágar tem definido e à temperatura.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum inoculação <ol><li>Coloque um floco de aveia em cada uma das duas câmaras.</li>
		<li>Remover um blob de 2 mL de pseudopods de um faminto (aproximadamente 12 h) cultura de plasmodium e colocá-lo em uma das duas câmaras. Para promover o crescimento rápido, tente tomar o protoplasma de mais ativos anterior do organismo.</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. 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Os autores não têm nada para divulgar.

Este trabalho apresentou um método para o cultivo de memristors fora o myxomycete p. polycephalum. O organismo é crescido dentro 3D impressos recipientes que foram projetados para superar algumas das limitações que estão associadas com a implementação do bio-memristors. Tais limitações incluem o tempo de instalação, tempo de crescimento da amostra e falta de padronização para as condições de crescimento de amostra-de-amostra e observações eléctricas.
Nosso receptáculo primeiro foi revelado em 2015 no material impresso de publicidade para a Península de artes Contemporary Music Festival 2016 (PACMF) e respectivos site15. Aqui, nossa tecnologia foi usada para desenvolver um sistema de música interativa de ferragem-bioware híbrido que foi capaz de gerar acompanhamentos musicais para um músico ao vivo. Em referência14, nos informou sobre os testes extensivos do nosso recipiente e comparados os resultados contra anteriores abordagens9,10. Após estes desenvolvimentos, outro grupo de pesquisadores posteriormente explorado criando ambientes de crescimento para o estudo de propriedades do organismo thermistive16, mas estas não são as mesmas propriedades de memristive. No entanto, só houve duas outras tentativas de desenvolver uma abordagem controlada implementando p. polycephalum memristors13,17. Nesses experimentos, poços foram feitos de um material biocompatível elastômero gelatinosa chamado polydimethylsiloxane (PDMS), e eletrodos foram criados usando vários metais ou poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). Embora estes materiais são usados rotineiramente em eletrônica e microfluídica engenharia biônica, eles são caros e exigem alguma perícia para usar. Por exemplo, PEDOT:PSS precisa girar-revestimento e doping para melhorar sua condutividade. Portanto, as técnicas são fora de alcance para as pessoas que não têm acesso a recursos especializados. Os recipientes apresentados neste artigo usam métodos e materiais que são facilmente acessados e barato. Além disso, o projeto fornece um ambiente hospitaleiro para o plasmódio de habitat, que é em contraste com os outros protótipos do memristor p. polycephalum onde nenhuma tentativa foi feita para manter a célula viva por qualquer período de tempo.
Até agora, foi difícil obter medições consistentes V usando métodos anteriores para cultivo do organismo em placas de Petri (Figura 5, à esquerda). Nossos métodos melhoraram neste cenário significativamente (Figura 6). Os resultados dos testes do nosso receptáculo demonstraram que o design tem diminuiu o tempo de crescimento, aumento da expectativa de vida, padronizado respostas de componente e criado um microambiente protegido para encapsular o organismo. Além disso, o dispositivo fornece meios viáveis de integrar o organismo como um componente de um esquema elétrico.
O método apresentado alivia uma série de questões relacionadas ao aproveitamento de p. polycephalum memristors dentro de sistemas elétricos. Há, no entanto, limitações que exigem mais investigação e desenvolvimento. Em primeiro lugar, a condensação pode reunir na superfície interna do tubo de conexão se os recipientes são sujeitas a uma rápida mudança de temperatura ou se uma alta tensão é aplicada para durações longas. O último é devido alta resistência do organismo causando energia elétrica a ser transferidos para o calor. Se significativa, a condensação pode criar um caminho resistente baixo entre os dois eletrodos em cada extremidade do tubo de ligação. Esta limitação pode ser gerida eficazmente, garantindo que os memristors não estão sobrecarregados. Em segundo lugar, a resistência total dos memristors produzido usando o método apresentado pode variar de componente. Tal fenômeno pode ser resultado da abordagem não restringindo o diâmetro exterior do tubo protoplasmática. Consequentemente, os usuários podem precisar incorporar um processo de calibração em seu aplicativo dos memristors.
Graças a esta metodologia, podemos agora começar a estudar os processos biológicos que estão causando memristive observações em p. polycephalum. É provável que tais processos têm parâmetros dinâmicos que seríamos capazes de explorar para aumentar o uso do elemento. Começamos executando alguns experimentos preliminares onde concentrações de íon extracelular são alteradas para rever se canais iônicos voltagem-dependentes desempenham um papel na Memristência.
Os recipientes apresentados foram concebidos exclusivamente para aplicação p. polycephalum memristors. Estes dispositivos são prováveis, no entanto, ter usos além da implementação de um único componente. Por exemplo, em referências12,18, o tubo protoplasmática foi estudado como um fio biológico auto-montagem e reparação automática. Em ambas estas investigações, os pesquisadores expressaram que prosseguir o trabalho era necessário estabelecer métodos de crescente protoplasmática tubo de acordo com um esquema. Os recipientes apresentados neste artigo fornecem um método de delinear a produção do tubo entre dois ou mais potencialmente, pontos. A Figura 7 mostra duas fotografias ilustrando que os recipientes podem ser usados para crescer saudáveis tubos em comprimentos de mais de 100 mm. Em referência18, foi investigada a função de transferência do tubo protoplasmática. Resultados desta investigação indicaram que o ágar necessário para crescer os tubos pode causar um problema se o organismo estava para ser integrado em um sistema elétrico. Isto é devido à capacitância do substrato. Os recipientes apresentados aqui ainda exigem agar para manter a umidade alta. No entanto, com pequenas alterações ao design do recipiente, é possível criar um tubo destacável. Este conjunto pode permitir que o metrô ser desconectado as câmaras, uma vez que o crescimento é completa e cortada em um sistema elétrico. Além disso, uma vez que a saúde do tubo começa a deteriorar-se, ele pode ser reconectado a novas câmaras para comida e descanso até que tenha reparado em si e pode ser usado novamente. A Figura 8 mostra uma foto de longos tubos que foram desconectadas das câmaras. É necessária investigação futura para investigar as propriedades elétricas do tubo protoplasmática sem o ágar e quando cultivada em distâncias usando o método apresentado.

Computadores de hoje são construídos usando os três elementos fundamentais circuito passivo de dois terminais: o capacitor, resistor e o indutor. Elementos passivos só são capazes de dissipar-se ou armazenando a energia, não gerá-la. Estes elementos foram estabelecidos em 18th e oséculo 19 e estão ligados através das equações de Maxwell. Podemos definir cada um desses componentes de três circuito em termos de sua relação entre duas das variáveis de quatro circuito ou seja, corrente (I), tensão (V), carga (Q) e fluxo-enlace (φ). A acusação é a integral do tempo da corrente e a lei de Faraday define a tensão como a integral do tempo de fluxo. Assim, um condensador é definido pela relação entre a tensão e carga, um resistor é definido por uma relação entre tensão e corrente e o indutor é definido por uma relação entre o fluxo e atual. Para bem mais de um século, estes elementos foram a pedra angular da eletrônica. No entanto, eles representam apenas três dos pares de quatro relações possíveis entre as variáveis do circuito, deixando flux-enlace e carga desvinculado. Em 1971, Leon Chua publicou um papel1 onde ele postulou que havia um quarto elemento ausente que ligava as duas variáveis restantes, que ele chamou o memristor. O memristor pode ser descrito como um resistor que se lembra de sua história, daí a contração 'resistor de memória'. Funções deste elemento alterando sua resistência de acordo com a magnitude da tensão aplicada anteriormente e a sua duração. Além disso, o memristor mantém seu último estado de resistência, uma vez que a tensão é aplicada já não. Ao contrário do capacitor, resistor e indutor, comportamento do memristor é não-linear, que é evidente em seu perfil-V onde um laço de histerese pinçado é formado sob uma tensão AC. Esse loop assume a forma de uma figura de Lissajous contendo duas oscilações perpendiculares dos Estados alto e baixo resistentes. Antes da teoria de Memristência formalizado de Chua, outros pesquisadores relataram sobre os efeitos de resistência de memória em determinadas frequências quando experimentando materiais como polímeros e óxidos metálicos, juntamente com o desenvolvimento de dispositivos elétricos no micrômetro escala2. No entanto, em muitos casos, estes efeitos foram considerados indesejáveis. Levou quase quarenta anos para a formalização de Chua ser conectado a um dispositivo físico e de pesquisadores começar a desenvolver métodos de exploração de efeitos memristive. Uma equipe nos laboratórios HP conseguiu fabricar um dispositivo de memristive em 20083 que despertou grande interesse no elemento.
Cientistas da computação têm um grande interesse no memristor devido a ele ser creditado como o primeiro elemento para combinar as capacidades de processamento e memória em uma única unidade. Ele também exibe comportamentos que são análogos a certos processos neurológicos, como plasticidade dependente-Timing-Spike (STDP)4, para citar apenas um. Tais comportamentos são dando origem às perspectivas de construção de cérebro, como tecnologias de computação que irá ceder a distinção entre memória e unidade de processamento central (ou CPU)5. Em contraste com as abordagens populares para desenvolver memristors (usando o TiO2, por exemplo), a nossa ambição é desenvolver um memristor-bio orgânico. Além disso, estamos interessados em como este componente pode fornecer meios de explorar os paradigmas além de abordagens convencionais para dispositivos de computação de engenharia; por exemplo, aplicações criativas no campo da música de computador6.
Memristência é um efeito que os investigadores encontraram recentemente em toda uma gama de sistemas biológicos. Por exemplo, propriedades de memristive foram observadas em plantas de aloe vera7 e pele humana8, para citar, mas dois. Essas descobertas indicam que é possível implementar dispositivos de processamento e memória em substratos biológicos. Aproveitamento de sistemas orgânicos em tecnologia pode permitir que nos explorar conceitos emocionantes tais como self-assembly, auto-reparo, baixo impacto ambiental e auto alimentação. Antes, no entanto podemos investigar estas oportunidades, vários desafios precisam ser abordadas. Muitos dos sistemas biológicos que têm propriedades de memristive têm restrições significativas que limitam a sua viabilidade como um componente eletrônico real. Por exemplo, uma folha de aloe vera7 precisa de luz, tem uma duração limitada e seria difícil de integrar em um circuito. Além disso, vários outros na vivo memristive fenômenos, tais como dutos de suor humano8, não são opções viáveis atualmente para o desenvolvimento de sistemas para uso fora do laboratório e em sistemas eletrônicos de todos os dias. No entanto, de todos os fenômenos de memristive, há um potencial candidato: p. polycephalum.
O plasmódio do p. polycephalum é um sistema de unicelular amorfo que foi descoberto como um componente de memristive9,10. Este organismo é um candidato ideal para pesquisa em eletrônica de hardware-wetware híbrido para um número de razões. Em primeiro lugar, o organismo é não-patogênicas, macroscópica e requer o uso de equipamento não especialista, que processa o plasmódio acessíveis a engenheiros e não-biólogos. Em segundo lugar, a célula é amorfa, forma redes de arame, como veias e crescerá na maioria dos substratos (Figura 1). Estas propriedades permitem que a morfologia da célula ser facilmente delineados para se conformar com um esquema elétrico convencional. Também há pesquisas demonstrando que o plasmódio pode viver por mais de quatro anos,11, e que suas veias podem atuar como autoreparação de vias condutoras12. Vários estudos de laboratório confirmaram que memristive habilidades9,10,13 do organismo e agora é o momento oportuno explorar seu potencial.
A ideia de usar P. memristors polycephalum é relativamente novo. Como resultado, há não há padrões estabelecidos para medir e observar suas propriedades elétricas. Essa falta de uniformidade nos procedimentos experimentais dentro do mesmo grupo de pesquisa e entre grupos pode ser a razão pela qual existem inconsistências entre publicou resultados9,10. É provável que tal variação é mais proeminente em manipulação e as condições de crescimento de amostra. Assim, precisamos estabelecer métodos para a produção e testes p. polycephalum memristors onde os fatores que podem causar erros são melhores controlados e monitorados.  Além disso, precisamos de criar métodos de execução p. polycephalum memristors que permitem estável e fácil integração em sistemas elétricos.
O método apresentado neste artigo fornece uma plataforma para exploração de aplicações práticas de p. polycephalum memristors fornecendo meios de integrar o organismo como um componente em uma esquema elétrica. É provável que estas técnicas vão apelar para engenheiros procuram para explorar usos reais dos sistemas de hardware-wetware híbrido. Além disso, é acessível aos não especialistas (por exemplo, os entusiastas de prototipagem eletrônica open source) que podem estar interessados em experimentar com aspectos de computação não-convencional, mas têm encontrado dificuldades encontrar protótipos para se adaptar às suas necessidades. Algumas aplicações potenciais podem incluir a implementação de modelos probabilísticos, aproveitando os memristors cravação de comportamento, desenvolvimento de abordagens para executar com monitoração de estado loperações de ogic e modelagem de processos neurológicos para armazenamento de informações e processamento.

<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

Nossa pesquisa visa ganhar uma melhor compreensão das propriedades eletrônicas dos organismos para engenheiro romance calibracão sistemas e arquiteturas de computação baseadas em biologia. Este papel específico enfoca aproveitarando o unicelular discoideum Physarum polycephalum desenvolver bio-memristors (ou memristors biológica) e dispositivos de computação bio. O memristor é um resistor que possui memória. É o 4º circuito passivo fundamental elemento (os outros três são o resistor, o capacitor e o indutor), que está pavimentando o caminho para a concepção de novos tipos de sistemas de computação; por exemplo, computadores que podem abandonar a distinção entre uma unidade central de processamento e armazenamento. Quando aplicado com uma tensão alternada, a corrente vs característica de tensão de um memristor é um laço de histerese pinçado. Tem sido demonstrado que p. polycephalum produz laços de histerese comprimido sob tensões AC e exibe comportamento adaptativo que é comparável com o funcionamento de um memristor. Este documento apresenta o método que desenvolvemos para a implementação do bio-memristors com p. polycephalum e apresenta o desenvolvimento de um receptáculo para a cultura do organismo, o que facilita sua implantação como um componente de circuito eletrônico. Nosso método comprovadamente diminuir tempo de crescimento, aumentar a vida útil do componente e padronizar as observações eléctricas.

Para produzir resultados representativos, montamos 5 amostras utilizando o método exato descrito acima. Para um controle, 5 amostras também foram organizadas pelo método descrito no início p. polycephalum memristor investigações9,10. Aqui, nós posicionamos dois eletrodos espaçados a uma distância de ~ 10 mm dentro de pratos de Petri 60mm. Cada eletrodo consistia de um círculo (~ 20 mm de diâmetro) do fio de cobre estanhado (16 representa a 0,2 mm) preenchido com um 2% não-nutriente desionizada ágar-ágar (~ 2 mL). Todas as amostras foram monitoradas através de imagens de lapso de tempo para rever o tempo de crescimento. Aqui, as amostras de 5 recipiente conectado os dois eletrodos até 10 horas após a inoculação. O mais rápido destes cresceu em menos de 2 h, e o máximo foi 10 h, com o tempo de média de crescimento média em todas as 5 amostras de 7 h e 24 min. Quatro das amostras controle produziu uma ligação tubo protoplasmática e um propagado fora o eléctrodo de inoculação, mas secou antes é feita a conexão necessária. O mais rápido das amostras controle feita sua conexão dentro de 19 h, enquanto o mais lento demorou 36h, sendo a média de crescimento através de amostras de controlo de 26 h 15 min. Estes dados mostram uma diminuição significativa no tempo de crescimento para memristors crescido usando o método apresentado.
O perfil de-V de um memristor é sua característica mais marcante. Como tal, foram realizadas medições-V sobre as amostras para produzir resultados representativos para este papel. Aqui, as medições de corrente instantâneas foram feitas em cada ponto de uma onda senoidal de tensão 160-passo. Cada degrau de tensão tinha um tempo de interrupção estático de 2 s. medições elétricas foram feitas usando uma fonte de tensão 230 programável e um eletrômetro 617 programável. Estes dispositivos foram selecionados como eles são capazes de sourcing tensão e tomar medidas em alta resolução. Experimentos foram realizados em temperatura ambiente em um quarto apagado.
A Figura 6 mostra as curvas típicas V produzidas a partir de testes na p. polycephalum memristors. Figura 6 c e d 6 mostram terrenos com as medições representativas de componentes implementados nos pratos de Petri. Resultados usando este método mostram que, embora as curvas medidas na mesma amostra são morfologicamente semelhantes, histerese varia fortemente de amostra para amostra. Tal variação inclui a localização de pontos de pitada, a magnitude dos lóbulos positivos e negativos e a simetria entre as medições nos domínios de tensão positiva e negativa. Assim, as curvas-V medidas no memristors usando o método de placa de Petri não são a pegada de um memristor 'ideal' porque pitada pontos não estão no zero da tensão e corrente. Figura 6a e 6b mostram gráficos com medições representativas de memristors cultivadas em recipientes. Os locais de ponto de pitada e tamanhos de lobo destes laços de histerese são relativamente consistentes, tanto em curvas discretas amostra testadas sob tensão diferentes intervalos e tempo-passos e curvas de amostra para amostra. Portanto, curvas de receptáculo-V foram mais uma reminiscência da pegada de um memristor 'ideal', onde foram sempre singular pitada pontos e quase sempre no zero da tensão e corrente. No entanto, apesar de morfologias histerese similar amostra para amostra, houve variação na resistência global entre as amostras. .
Após as medidas iniciais V foram concluídas, testes foram feitos em cada amostra uma vez por dia até que eles apresentaram curvas não memristive. Das amostras de 4 controle, 2 secou dentro de 2 dias de testes iniciais, enquanto os restantes 2 continuou a gravar curvas pinçadas por mais 2 dias. As amostras de recipiente mantiveram seu Memristência pelo menos 7 dias, com 3 amostras superior à. Ao longo do tempo, cada um dos tubos protoplasmática da amostra receptáculo tornou-se mais espesso e houve uma diminuição da resistência geral, com algumas amostras de medição na x 10-04 gama para 10 V atravessa contra A x 10-05 , em seus testes anteriores.
O leitor do artigo é referido por Braund14 para resultados sobre os testes extensivos do recipiente apresentado.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
Figura 1: Uma foto de uma cultura de dia de idade 2 de plasmodium de p. polycephalum. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
Figura 2: Um screenshot do arquivo STL receptáculo depois que ele é carregado no corte software. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
Figura 3: um screenshot do arquivo STL eletrodo depois que ele é carregado no corte software. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
Figura 4: Um screenshot da configuração configurações para impressão o modelo STL do eletrodo.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
Figura 5: Duas fotografias retratando memristors p. polycephalum implementado em uma placa de Petri (à esquerda) e usando o método apresentado neste trabalho (à direita). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
Figura 6: Gráficos do quatro-V que foram produzidos a partir de dois memristors cultivadas em recipientes (a, b) e dois implementado em placas de Petri (c, d). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
Figura 7: Fotografias mostrando o recipiente a ser usado para crescer tubos em vários comprimentos.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > Figura 8: uma foto mostrando tubos protoplasmática que foram desconectados das câmaras de.

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A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

Um método para o cultivo de Bio-memristors de discoideum

Este trabalho apresenta um método melhorado para o cultivo de bio-memristors fora o plasmódio de Physarum polycephalum. Provou-se como um método para diminuir o tempo de crescimento, aumentar a vida útil do componente, padronizar as observações eléctricas e criar um ambiente protegido que pode ser integrado em circuitos convencionais.

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 visualizações.  Plymouth University. Este trabalho apresenta um método melhorado para o cultivo de bio-memristors fora o plasmódio de Physarum polycephalum. Provou-se como um método para diminuir o tempo de crescimento, aumentar a vida útil do componente, padronizar as observações eléctricas e criar um ambiente protegido que pode ser integrado em circuitos convencionais.

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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.

Concepção e utilização de um baixo custo, Automated Morbidostat para Adaptive Evolução das bactérias sob Antibiótico Seleção de Drogas

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

Genética

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

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

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

Resposta quimiotática de microorganismos marinhos para Micro-Escala de Camadas de nutrientes

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

Biologia

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

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

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

Protocolo para a formação de biofilme Streamer em um dispositivo micro com micro-pilares

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

Bioengenharia

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.

Desenho, Tratamento de Superfícies, Cellular Galvanização e Cultura de modulares Neuronal de redes formadas por Circuitos Funcionalmente Inter-conectados

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

Neurociência

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.

Montagem e caracterização de Biomolecular Memristors consiste em membranas de lipídios dopado com canal iônico

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.

Gerando paisagens químicas controladas e dinâmicas para estudar comportamento microbiano

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

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

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

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

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

Automação de Medições de Microscópio de Força Bio-Atômica em centenas de células de C. albicans

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

Biomimetic Replication of Root Surface Microstructure using Alteration of Soft Lithography

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

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

Replicação biomimética da microestrutura da superfície raiz usando alteração da litografia macia

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.

Usando dispositivos microfluídicos medir Longevidade e Celular fenótipos em células individuais levedura de brotamento

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

Aplicações de impressão 3D para dispositivos de cultura de células neuronais em microescala

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

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

Autor em destaque: Redes neuronais modulares para analisar funções cerebrais

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.

Polimerização de dois fótons Impressão 3D de dispositivos de cultura de células neuronais em microescala

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