Bu araştırma, Plymouth Üniversitesi'nin insan okul ve sahne sanatları tarafından finanse edildi. Yazarlar kendi iletken PLA örnekleri sağlamak için Functionalize kabul etmek istiyorum.

1. 3D baskılı Receptacle imalatı <ol><li>Chambers, kaput ve temel <ol><li>yük bir 3D yazıcı etkileyici polistiren (HIPS) ile 85 ° C için yazdırma yatak sıcaklığı ayarlamak için yazıcı arabirimi kullanarak ve Ekstruder 230 ° c Sıcaklık ulaşıldığında, Idler kol gevşetin, filaman eklemek ve dışarı sıcak sonunda bükün başlar kadar aşağı doğru itin. Sonra filaman Idler kol retighten ve haddelenmiş materyalin kaldırın.</li>
		<li>3D receptacle STL modeli dosya normalde dosya sekmesine gezinme ve alma/aç seçenekleri ( Şekil 2) seçme elde edilebilir yazılım Dilimleme bir 3D baskı alın.</li>
		<li>Yazılım Dilimleme yüksek ve düşük kalitede yazdırma ayarlarını, sunarsa işaretleyerek kaliteli Ayrıca doğru malzeme profil seçilir sağlarken. 
		Not: bir vadede birkaç sepetleri yazdırma yapmak emin bu yazılımı her nesne yazdırmak için küme. Bu adımı atladıysanız, baskı kalitesi, hangi büyük olasılıkla dayanıklılık sorunları birlikte parçaları uygun neden olacaktır azalabilir.</li>
		<li>Yazdırma işlemi tamamlandıktan sonra yazdırma yatak sıcaklığı 50 ° C altında parçalar kaldırmaktır kadar bekleyin.</li>
		<li>İnce tel fırçayla hafifçe engelleri odası bir elektrot ile uygun zaman neden olabilir herhangi bir kusurları elektrot soket temizleyin.</li>
	</ol></li> <li>Elektrotlar <ol><li>kalça filaman temizlik filaman için eski yerine koymak ve malzeme bol yazdırma kafası çalıştırmak.</li>
		<li>Bir Cilt direnci 0,75 Ω-cm veya daha az olan bir elektriksel olarak iletken polylactic asit (PLA) filaman yazıcıya yerleştirin.</li>
		<li>Yazdırma yatak sıcaklığı 60 ° C ve Ekstruder 230 ° c olarak ayarlayın (bkz. Adım 1.1.1 için rehberlik).</li>
		Sıcaklık ulaşıldığında, <li>A'ya filaman yazdırma kafası ile birkaç santimetre. Bu işlem tüm parçacıklar önceki oturumdan kaldırılır sağlamaya yardımcı olur.</li>
		<li>Yazılım, Dilimleme bir 3D baskı kullanarak yük elektrot STL dosya ( şekil 3).</li>
		<li>Yazdırma ayarlarında aşağıdakileri belirtin: katman yüksekliği 0,16 mm, kabuk kalınlığı = 1.7 mm, alt/üst kalınlığı = = 0,74 mm, dolgu yoğunluğu = %100 ( şekil 4).</li>
		<li>Bir vadede birkaç elektrotlar yazdırma ayarlarsanız teker teker yazdırmak için yazıcı.</li>
		Onlar oda sıcaklığına soğutmalı gelinceye kadar <li>bir kez basılmış, elektrotlar yazdırma yatağın üstüne bırakın. Bu bölümü haline çarpık ve değil misshaped sağlar.</li>
	</ol></li> <li>Receptacle derleme <ol><li>bir elektrot her iki odaları içine yuvası. Adım 1.1.5 doğru tamamlanmıştır, elektrotlar fazla kuvvet olmadan odaları içine gitmeli.</li>
		<li>Keskin bir neşter kullanılarak kesme Polivinil klorür (PVC) boru (iç çapı 4 mm ve 6 mm dış çap) her iki ucu düz ve temiz bir şekilde kesilir sağlamak için dikkat çekici bir 10 mm parça.</li>
		<li>Yavaşça iki elektrot RIM 10 mm PVC boru her iki ucuna kolaylığı.</li>
		<li>Bağlantı kurulduktan sonra iki odaları üsse doğru klip.</li>
	</ol></li></ol> 2. Priz hazırlık ve P. polycephalum aşı <ol><li>%2 agar orta hazırlık <ol><li>2 g besin Mikrobiyolojik agar tozu 250 mL cam şişe koymak.</li>
		<li>100 mL deiyonize su ekleyin ve karıştırın.</li>
		<li>Otoklav şişe 12-15 dk 121 ° C veya 15-20 dakika süreyle kaynar su banyosu içinde yer</li>
	</ol></li> <li>Agar substrat kabın ayarlama &#39; s odaları <ol><li>bir su banyosu veya mikrodalga kullanarak agar eritebilir.</li>
		<li>2 mL pipet ile erimiş agar doldurun.</li>
		<li>Her bir receptacle doldurmak &#39; yaklaşık 5 mm iç Bankası yukarıda pipet ucu gezinip ve yavaş yavaş bağlanma alt kadar kuyu girerek s chambers tüp delik.</li>
		<li>Hemen kuyuları doldurduktan sonra bir kapak her odaları üzerinde yerleştirin ve agar ayarla ve oda sıcaklığında ulaştı kadar kabın kenara.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum aşı <ol><li>bir yulaf pul her iki odaları yerleştirin.</li>
		<li>Bir 2 mL damla pseudopods in yıldız kaldırmak (yaklaşık 12 h) plasmodium kültürünü ve iki odaları taşıyıcıya yerleştirin. Hızlı büyümeyi desteklemek için organizmanın ön protoplazma en aktif üzerinden almaya çalışın.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Chua, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristor-The+Missing+Circuit+Element.">Memristor-The Missing Circuit Element.</a> IEEE Transactions on Circuit Theory. 18 (5), 507-519 (1971).</li><li>Trefzer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristor+in+a+Nutshell.">Memristor in a Nutshell.</a> Guide to Unconventional Computing for Music. , 159-180 (2017).</li><li>Strukov, D. B., Snider, G. S., Stewart, D. R., Williams, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+missing+memristor+found.">The missing memristor found.</a> Nature. 453 (7191), 80-83 (2008).</li><li>Howard, G., Gale, E., Bull, L., De Lacy Costello, B., Adamatzky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+plastic+learning+in+spiking+networks+via+memristive+connections.">Evolution of plastic learning in spiking networks via memristive connections.</a> IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 16 (5), 711-729 (2012).</li><li>Sah, M. P., Kim, H., Chua, L. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brains+are+made+of+memristors.">Brains are made of memristors.</a> IEEE Circuits and Systems Magazine. 14 (1), 12-36 (2014).</li><li>Miranda, E. R., Kirke, A., Braund, E., Antoine, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+Unconventional+Computing+for+Sound+and+Music.">On Unconventional Computing for Sound and Music.</a> Guide to Unconventional Computing for Music. , 23-62 (2017).</li><li>Volkov, A. G., Tucket, C., Reedus, J., Volkova, M. I., Markin, V. S., Chua, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristors+in+plants.">Memristors in plants.</a> Plant Signal Behav. 9 (2), 37-41 (2014).</li><li>Grimnes, S., L&#252;tken, C. A., Martinsen, &. #. 2. 1. 6. ;. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memristive+properties+of+electro-osmosis+in+human+sweat+ducts.">Memristive properties of electro-osmosis in human sweat ducts.</a> World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, September 7-12, 2009, Munich, Germany. , 696-698 (2009).</li><li>Gale, E., Adamatzky, A., de Lacy Costello, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Slime+Mould+Memristors.">Slime Mould Memristors.</a> BioNanoScience. 5 (1), (2014).</li><li>Braund, E., Sparrow, R., Miranda, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physarum-based+memristors+for+computer+music.">Physarum-based memristors for computer music.</a> Advances in Physarum Machines. , 755-775 (2016).</li><li>Daniel, J. W., Rusch, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+pure+culture+of+Physarum+polycephalum+on+a+partially+defined+soluble+medium.">The pure culture of Physarum polycephalum on a partially defined soluble medium.</a> Journal of General Microbiology. 25 (1901), 47-59 (1961).</li><li>Adamatzky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physarum+wires:+Self-growing+self-repairing+smart+wires+made+from+slime+mould.">Physarum wires: Self-growing self-repairing smart wires made from slime mould.</a> Biomedical Engineering Letters. 3 (4), 232-241 (2013).</li><li>Tarabella, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+hybrid+living/organic+electrochemical+transistor+based+on+the+Physarum+polycephalum+cell+endowed+with+both+sensing+and+memristive+properties.">A hybrid living/organic electrochemical transistor based on the Physarum polycephalum cell endowed with both sensing and memristive properties.</a> Chemical Science. 6 (5), 2859-2868 (2015).</li><li>Braund, E., Miranda, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+Building+Practical+Biocomputers+for+Real-world+Applications:+Receptacles+for+Culturing+Slime+Mould+Memristors+and+Component+Standardisation.">On Building Practical Biocomputers for Real-world Applications: Receptacles for Culturing Slime Mould Memristors and Component Standardisation.</a> Journal of Bionic Engineering. 14 (1), 151-162 (2017).</li><li>Walter, X. A., Horsfield, I., Mayne, R., Ieropoulos, I. A., Adamatzky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+hybrid+circuits+exploiting+thermistive+properties+of+slime+mould.">On hybrid circuits exploiting thermistive properties of slime mould.</a> Scientific reports. 6, (2016).</li><li>Romeo, A., Dimonte, A., Tarabella, G., D'Angelo, P., Erokhin, V., Iannotta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+bio-inspired+memory+device+based+on+interfacing+Physarum+polycephalum+with+an+organic+semiconductor.">A bio-inspired memory device based on interfacing Physarum polycephalum with an organic semiconductor.</a> APL materials. 3 (1), (2015).</li><li>Whiting, J. G., de Lacy Costello, B., Adamatzky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transfer+function+of+protoplasmic+tubes+of+Physarum+polycephalum.">Transfer function of protoplasmic tubes of Physarum polycephalum.</a> Biosystems. 128, 48-51 (2015).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu kağıt memristors myxomycete P. polycephalumdışında büyüyen bir yöntem mevcuttur. Organizma bazı biyo-memristors uygulanmasıyla ilişkili kısıtlamaları aşmak için tasarlanmış 3D yazdırılan sepetleri içinde büyüyor. Makine hazırlık süresi, örnek büyüme zaman ve belirli örnek örnek büyüme koşulları ve elektrik gözlemler için böyle sınırlamaları içerir.
Bizim receptacle ilk 2015 yılında baskılı tanıtım malzemesi Yarımadası Sanat Çağdaş Müzik Festivali 2016 (PACMF) ve ilgili Web sitesi15için ortaya çıktı. Burada, bizim teknoloji için canlı bir müzisyen müzik accompaniments üretme yeteneğine sahip bir karma donanım-bioware etkileşimli müzik sistemi geliştirmek için kullanıldı. Başvuru14, biz ve bizim receptacle kapsamlı testler üzerinde rapor önceki yaklaşımlar9,10sonuçları karşılaştırılır. Bu gelişmeler sonrasında başka bir grup araştırmacı, daha sonra organizmanın thermistive özellikler16çalışmaya oluşturma büyüme ortamları araştırdı, ama bunlar memristive özellikleri aynı değildir. Ancak, sadece P. polycephalum memristors13,17uygulama için kontrollü bir yaklaşım geliştirilmesi, iki diğer girişimler olmuştur. Bu deneyler, kuyu polydimethylsiloxane (PDMS) adı verilen bir jel benzeri Biyouyumlu elastomer malzemeden yapılmıştır ve elektrotlar çeşitli metaller veya poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) kullanılarak oluşturulmuş. Bu malzeme elektronik, havacilik ve biyonik mühendislik rutin olarak kullanılmasına rağmen onlar pahalı ve kullanmak için bazı uzmanlık gerektiren. Örneğin, PEDOT:PSS spin-kaplama ve doping, iletkenlik geliştirmesi gerekmektedir. Bu nedenle, dışarı-in uzanmak uzman kaynaklara erişim sahip olmayan insanlar için tekniklerdir. Bu makalede sunulan sepetleri yöntemleri ve kolayca erişilebilen ve ucuz malzemeleri kullanın. Ayrıca, tasarım için hiçbir girişimde hücrenin herhangi bir zaman süresince yaşatmak için yapıldığı aksine diğer bir P. polycephalum memristor prototip olan habitat için plasmodium misafirperver bir ortam sağlar.
Şimdiye kadar organizma Petri yemekleri (şekil 5, sol) kültür için önceki yöntemleri kullanarak tutarlı ı-V ölçümler elde etmek zor olmuştur. Bizim yöntemleri bu senaryo belirgin bir biçimde iyileştirilmiş (şekil 6). Bizim receptacle'nın test sonuçlarını tasarımı olan büyüme zaman azaldı, ömrü artar, bileşeni yanıt-e doğru standardize ve organizma kapsüllemek için korumalı bir microenvironment oluşturulan olduğunu gösterdi. Ayrıca, cihazın organizma bir elektrik düzeni bir bileşeni olarak entegre uygun araç sağlar.
Sunulan yöntem P. polycephalum memristors elektrik sistemleri içinde harnessing için ilgili konularda bir dizi azaltır. Ancak, daha fazla araştırma ve geliştirme gereken sınırlamalar vardır. İlk olarak, yoğunlaşma sepetleri sıcaklık hızlı bir değişim tabi veya uzun süreler için yüksek bir gerilim uygulanırsa bağlantı tüpün iç yüzeyi toplayabilirsiniz. İkinci içine ısı transfer edilecek elektrik enerjisi neden yüksek direnç organizmanın kaynaklanmaktadır. Önemli yoğunlaşma bağlantı tüp iki ucundaki iki elektrot arasında bir düşük dirençli yol oluşturabilirsiniz. Bu sınırlama, memristors aşırı sağlayarak etkili bir şekilde yönetilebilir. İkinci olarak, sunulan yöntemi kullanılarak üretilen memristors genel direnci bileşeni bileşen değişebilir. Böyle bir olay protoplazmik Boru dış çapı kısıtlama değil yaklaşım bir sonucu olabilir. Sonuç olarak, kullanıcılar bir kalibrasyon işlemi memristors kendi yapılarına ekleyebilmek için gerekebilir.
Bu yöntem sayesinde, artık memristive gözlemler P. polycephalumiçinde neden olan biyolojik süreçlerin çalışmaya başlayabiliriz. Bu tür işlemleri yararlanmak mümkün dinamik parametreleri vardır olasıdır öğe kullanım artırmak için. Biz ön bazı deneyler nerede ekstraselüler iyon konsantrasyonlarının voltaj-Kapılı iyon kanalları memristance içinde bir rol oynamak Eğer gözden geçirmek için değiştirilmiş çalışan başladı.
Sunulan sepetleri sadece P. polycephalum memristors uygulamak için tasarlanmıştır. Bu aygıtlar ancak kullanır ötesinde tek bir bileşen uygulanması için aşikardır. Örneğin, başvurular12,18', bir kendi kendine montaj ve kendini onarma biyolojik tel protoplazmik tüp incelenmiştir. Her iki bu araştırmalarda araştırmacılar daha fazla çalışma yöntemleri düzeniyle protoplazmik tüp büyüyen kurmak için gerekli olduğunu dile getirdi. Bu yazıda öne sepetleri iki veya potansiyel olarak daha fazla nokta arasındaki tüp üretimi operasyona, bir yöntem sağlar. Şekil 7 gösterir sepetleri Sağlıklı tüpler uzunluklarında büyümeye kullanılabilir gösteren iki fotoğraf daha--dan 100 mm. Başvuru18protoplazmik tüp transfer fonksiyonu araştırılmıştır. Bu araştırma sonuçlarından organizma bir elektrik sistemi entegre edilebilir eğer tüpler büyümek için gerekli agar bir sorun neden olabilir göstermiştir. Substrat'ın kapasite nedeniyle bu. Burada sunulan sepetleri hala agar nem oranı yüksek tutmak için gerektirir. Ancak, kabın'ın tasarım için küçük değişiklikler ile çıkarılabilir bir tüp oluşturmak mümkündür. Bu kurulum büyüme tam ve kırpılmış bir elektrik sistemi içine olduğunda odaları kesilecek tüp için izin verebilir. Tüp'ın sağlık bozulmaya başladığında, kendisi tamir ve yeniden kullanılabilir kadar Ayrıca, bu yeni salonları için gıda ve mühlet için kesilirken. Şekil 8 odaları bağlantısı kesilmiş uzun tüpler resmini gösterir. Gelecekteki araştırma protoplazmik tüp elektriksel özellikleri olmadan agar ve uzunlukları sunulan yöntemiyle yetiştirilen araştırmak için gereklidir.

Bugünün bilgisayar üç iki terminal temel pasif devre elemanları kullanılarak inşa edilir: kondansatör, direnç ve bobin. Pasif elementler sadece gondererek veya enerji üreten değil, depolama yeteneğine sahip. Bu öğeleri 18inci ve19 yy kuruldu ve Maxwell'in denklemler ile bağlantılıdır. Biz her iki dört devre değişkenlerin arasındaki ilişkileri açısından bu üç devre elemanları tanımlar Yani, (I) geçerli, voltaj (V), ücret (Q) ve akı-bağlantı (φ). Geçerli zaman ayrılmaz ücretsizdir ve Faraday'nın hukuk gerilim akı zaman ayrılmaz tanımlar. Böylece, bir kondansatör voltaj ve ücret arasında bir ilişki tanımlanır, bir direnç arasındaki gerilim ve geçerli bir ilişki tarafından tanımlanır ve endüktör akı arasında bir ilişki tanımlanır ve güncel olduğunu. İçin iyi bir yüzyıl içinde bu öğeleri elektronik bir dönüm noktası olduğunu. Ancak, bunlar sadece üç olası dört ilişki çiftleri arasında akı-bağlantı ve şarj ölçümden bırakarak devre değişkenleri temsil eder. 1971 yılında Leon Chua nerede memristor dedi kalan iki değişken bağlı eksik bir dördüncü öğesi olduğunu öne bir kağıt1 yayınlandı. Memristor-ebilmek var olmak onun Tarih, bu nedenle hatırlar bir direnç açıklanan daralma 'bellek direnç.' Dayanıklılığı, önceden uygulanan gerilim ve süresi büyüklüğü göre değiştirme tarafından bu öğe işlevleri. Ayrıca, gerilim artık uygulandıktan sonra memristor son direniş durumunu korur. Kapasitör, direnç ve bobin, onun-V profili belirgin olan nerede bir boğumlu histeresis döngü AC gerilim altında oluşturulur doğrusal olmayan, memristor'ın davranış dür. Bu döngü yüksek ve düşük dayanıklı devletler iki dikey salınımlarını içeren bir Lissajous figürü şeklindedir. Önce Chua'nın resmi memristance teorisi, diğer araştırmacılar bellek direnç etkileri belirli frekanslarda Polimerler ve mikrometre, elektrikli cihazlar geliştirme ile birlikte metal oksit gibi malzemeler deneme zaman bildirmişti ölçek2. Ancak, birçok durumda, bu etkiler istenmeyen kabul edildi. Neredeyse 40 yıl Chua'nın formalization fiziksel bir aygıta bağlı olması ve memristive etkileri istismar yöntemleri geliştirmek başlamak araştırmacılar için götürdü. HP Laboratuvarlarında çalışan bir takım öğe büyük ilgi Ignited 20083 memristive cihazda imalatı başarılı oldu.
Bilgisayar mühendisleri bu işleme ve bellek yetenekleri tek bir birimi birleştirmek için ilk öğe olarak alacak nedeniyle memristor özel bir ilgi var. Ayrıca Spike zamanlama bağımlı plastisite (STDP) gibi4, isim ama bir nörolojik belirli işlemler için benzer davranışları görüntüler. Bu davranışlar bellek ve merkezi işlem birimi (veya CPU) arasındaki ayrım5vazgeçmek beyin gibi bilgi işlem teknolojileri inşaat Perspektifler sebebiyet veren. Memristors (TiO2, örneğin kullanarak) geliştirme popüler yaklaşımlar aksine, bizim hırs bir organik biyo-memristor geliştirmektir. Ayrıca, biz ne kadar bu bileşen paradigmalar ötesinde geleneksel yaklaşımlar mühendislik bilgisayar aygıtları için keşfetmek anlamına gelir sağlayabilir olarak ilgilenen; örneğin, bilgisayar müzik6alanında yaratıcı uygulamaları.
Memristance araştırmacılar son zamanlarda biyolojik sistemleri bir dizi bulduk bir etkidir. Örneğin, memristive özellikleri aloe vera bitki7 ve insan cilt8alıntı, ama iki gözlenmiştir. Bu keşifler işleme ve bellek aygıtları üzerinde biyolojik yüzeylerde uygulamak mümkün olabileceğini gösterir. Organik sistemleri teknoloji içinde harnessing bize heyecan verici kavramları gibi kendinden montajlı keşfetmek için kendini onarma, düşük çevresel etki ve kendi kendine açılıyor izin verebilir. Ancak bu fırsatları araştırmak için önce birkaç zorlukları ele alınması gerekmektedir. Memristive özelliklere sahip biyolojik sistemlerin çoğunda canlılığı gerçek bir elektronik bileşen olarak sınırlamak önemli kısıtlamalar bulunmaktadır. Örneğin, bir aloe vera yaprağı7 ışığa ihtiyacı var, sınırlı bir ömrü vardır ve bir devre entegre etmek zor olacaktır. 8, insan ter kanalları gibi Ayrıca, birkaç diğer vivo içinde memristive olaylar, laboratuvar dışında ve günlük elektronik sistemlerde kullanılmak sistemleri geliştirmek için şu anda uygulanabilir seçenekler değildir. Ancak, tüm memristive olayları, bir potansiyel aday var: P. polycephalum.
P. polycephalum plasmodium memristive bileşen9,10davranmaya keşfetti amorf bir tek hücreli sistemidir. Bu canlının nedenlerle bir dizi için karma donanım-uzmandan elektronik araştırma için ideal bir aday olduğunu. İlk olarak, organizma patojenik olmayan, makroskopik ve plasmodium mühendis ve sigara-biyologlar için erişilebilir kılan hiçbir uzman ekipman kullanılması gerekir. İkinci olarak, hücre amorf, tel gibi damar ağları oluşturur ve en yüzeylerde (şekil 1) büyümek olacaktır. Bu özellikleri kolayca konvansiyonel elektrik düzenine uymak için belirlenen hücre morfolojisi sağlar. Dört yıl11için plasmodium yaşayabilir ve onun damarlar iletken yolları12kendi kendini tamir olarak hareket edebilir gösteren araştırma da vardır. Çeşitli laboratuvar çalışmaları organizmanın memristive yetenekleri9,10,13 doğruladı ve şimdi zaman potansiyelini keşfetmek uygundur.
Pkullanma fikri. polycephalum memristors nispeten yeni bir şey. Sonuç olarak, elektrik özelliklerini gözlemleyerek ve ölçme için kurulan hiçbir standartları vardır. Tekdüzelik içinde aynı araştırma grubu içinde ve gruplar arasında böyle bir eksikliği arasında tutarsızlıklar vardır nedeni sonuçları9,10yayınlanan olabilir. Büyük olasılıkla böyle değişim örnek büyüme koşulları ve işleme en önemli olduğunu. Böylece, biz yöntemleri üretmek için kurmak gerekiyor ve P. polycephalum memristors hatalarına neden olabilecek faktörler daha iyi nerede test kontrol ve sınıf başkanı.  Ayrıca, elektrik sistem istikrarlı ve kolay entegrasyon için izin P. polycephalum memristors uygulama yöntemleri oluşturmanız gerekir.
Bu raporda sunulan yöntemi sağlayarak kuruluşlarınızdaki organizma bir bileşeni olarak elektrik bir şematik birleşmeyle P. polycephalum memristors pratik uygulamaları arama için bir platform sağlar. Bu teknikler hibrid donanım-uzmandan sistemler gerçek dünya kullanımı keşfetmek isteyen mühendisleri için hitap muhtemeldir. Ayrıca, Sigara-uzmanlar için (örneğin, açık kaynak elektronik prototip meraklıları) erişilebilir olduğunu kim alışılmamış bilgisayar yönleri ile deneme ilgilenen olabilir ama zor uyum sağlamak için prototip bulmak bulduk onların ihtiyacı var. Bazı potansiyel uygulamalar olasılıkçı modelleri davranış, durum bilgisi olan l performans yaklaşımlar geliştirme spiking memristors harnessing uygulama içerebilirogic işlemleri ve bilgi depolama için nörolojik süreçleri modelleme ve işleme.

<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

Bizim araştırma roman bioelectronic sistemleri ve bilgisayar mimarileri üzerinde Biyoloji dayalı Mühendisi için organizmaların elektronik özellikleri daha iyi bir anlayış kazanıyor hedefleniyor. Bu özel kağıt tek hücreli sümük kalıp biyo-memristors (veya biyolojik memristors) geliştirmek için Physarum polycephalum harnessing üzerinde odaklanır ve biyo-bilgi işlem aygıtları. Memristor bellek sahip bir direnç var. Bu yeni türdeki bilgi işlem sistemleri tasarımı için önünü (diğer üç direnç, kondansatör ve bobin vardır) olan 4 temel pasif devre, öğedir; örneğin, depolama ve merkezi işlem birimi arasında ayrım vazgeçmek bilgisayar. AC gerilim ile uygulanan akım gerilim karakteristik bir memristor vs boğumlu histeresis döngü olur. P. polycephalum ve AC gerilim altında sıkışmış histeresis döngüleri üretir bir memristor işleyişi ile karşılaştırılabilir adaptif davranışını görüntüler gösterilmiştir. Bu kağıt biyo-memristors P. polycephalum ile uygulamak için geliştirdiğimiz yöntem sunar ve bir receptacle kültürüne bir elektronik devre bileşeni olarak kendi dağıtım kolaylaştırır organizma gelişimini tanıtır. Bizim yöntem büyüme zamanı azaltmak, bileşen ömrünü artırmak ve elektrik gözlemler standartlaştırmak kanıtlanmıştır.

Temsil edici sonuçlar üretmek için biz 5 örnekleri yukarıda açıklanan kesin yöntem kullanarak ayarlayın. Bir denetim için 5 örnekleri erken P. polycephalum memristor araştırmalar9,10içinde açıklanan yöntemi kullanarak da düzenlenmiştir. Burada, biz iki elektrot aralıklı olarak ~ 10 mm 60 mm Petri yemekler içinde konumlandırılmış. Elektroda bir daire (~ 20 mm çapında) bir % 2 sigara besin deiyonize agar ile (~ 2 mL) doldurulmuş kalaylı bakır tel (0.2 mm 16 tezgahı) oluşuyordu. Tüm örneklerini büyüme süreyi incelemek için hızlandırılmış görüntü yolu ile takip. Burada, 5 receptacle örnekleri aşı 10 h içinde iki elektrot bağlı. Bunlar en hızlı büyüdü küçük 2 h, ve en uzun 5 örnekleri tüm 7 saat 24 dk arasında ortalama ortalama büyüme zamanla 10 h oldu. Kontrol örnekleri dördü bir bağlama üretilen protoplazmik tüp ve bir aşı elektrot yayılır ama gerekli bağlantı yapmadan önce kurudu. En yavaş 26 saat 15 dk denetim örnekleri arasında bir ortalama büyüme süresi 36 h alırken kontrol örnekleri en hızlı 19 h içinde onun bağlantı yapılır. Bu veriler sundu yöntemiyle yetiştirilen memristors süre büyüme önemli bir azalma göstermektedir.
Bir memristor-V profili onun en belirleyici özelliğidir. Aynı derecede öyle, ı-V ölçümleri bu kağıt için temsil edici sonuçlar üretmek için örnekleri üzerinde gerçekleştirilen. Burada, anlık geçerli ölçümler 160-adım gerilim sinüs dalga her noktada yapıldı. Her gerilim adım vardı statik Işınma Zamanı 2 s. elektriksel ölçümler yapılmış bir 230 programlanabilir gerilim kaynağı ve 617 programlanabilir Electrometer kullanarak. Gerilim ve yüksek çözünürlüklerde ölçülerde alarak kaynak yetenekli oldukları gibi bu cihazlar seçildi. Deneyler sönük bir odada oda sıcaklığında yapılmıştır.
Şekil 6 P. polycephalum memristors üzerinde testler üretilen tipik ben-V eğrileri göstermektedir. Şekil 6 c ve 6 d bir cenaze dört nikah Petri yemeklerinde uygulanan bileşenlerinden temsilcisi ölçümleri göster. Aynı örnek üzerinde ölçülen eğrileri morfolojik benzer olmasına rağmen histeresis ağır örnek örnek değişir, bu yöntemi kullanarak sonuçları göster. Böyle değişim çimdik noktaları, hem olumlu hem de olumsuz loblar büyüklüğü ve ölçüm sonuçları negatif ve pozitif gerilim etki alanları arasında simetri konumunu içerir. Çimdik Puan sıfır gerilim ve akım olmadığı için böylece, Petri kabına yöntemini kullanarak memristors üzerinde ölçülen-V eğrileri ayak izi 'ideal' bir memristor değildir. Şekil 6a ve 6b sepetleri içinde yetiştirilen memristors gelen temsilcisi ölçümleri grafikleri göster. Çimdik noktası konumlarının ve bu histeresis döngüleri LOB boyutları farklı gerilim aralıkları ve saat adımları altında test ayrı örnek eğriler ve örnek örnek eğriler hem de nispeten tutarlıdır. Bu nedenle, priz-V eğrileri daha anımsatan bir 'ideal' memristor'ın ayak izi, nerede tutam puan her zaman tekil ve neredeyse sürekli olarak sıfır gerilim ve geçerli vardı. Ancak, histeresis türleri Morfoloji örnek örnek benzer olmasına rağmen genel direnç örnekleri arasında varyasyon vardı. .
İlk ı-V ölçümleri tamamlanmıştır sonra testler her örnek üzerinde yapılan onlar yok memristive eğrileri sundu kadar günde bir kere. Bir daha da 2 gündür boğumlu eğrileri kaydetmek kalan 2 devam ederken 4 denetim örnekleri 2 ilk test, 2 gün içinde kurumuş. Receptacle örnekleri kendi memristance en az 7 gün bu aşan 3 örnekleri ile yapılmaktadır. Zaman içinde her bir priz örnek protoplazmik tüpler daha kalın, oldu ve genel direnci bir azalma oldu, 10-04 x a ölçme bazı örnekleri ile aralığı 10 V için onların önceki testlerinde 10-05 x A karşı çalışır.
Okuyucu makalenin Braund14 sunulan receptacle kapsamlı test sonuçlarında için adlandırılır.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
Şekil 1: P. polycephalumplasmodium 2 bayat kültürünün fotoğrafı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
Resim 2: Dilimleme yazılım yüklendikten sonra priz STL dosya bir ekran. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
Şekil 3: A screenshot-in Dilimleme yazılım yüklendikten sonra elektrot STL dosya. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
Şekil 4: Elektrot STL modeli yazdırma ayarlarını yapılandırma ekran görüntüsü.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
Şekil 5: (Solda) bir petri uygulanan ve bu yazıda (sağda) sunulan yöntemini kullanarak P. polycephalum memristors tasvir eden iki fotoğraf. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
Şekil 6: Dört-V grafik iki memristors sepetleri (a, b) büyüdü ve Petri yemeklerinde (c, d) uygulanan iki üretildi. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
Şekil 7: Tüpleri çeşitli uzunluklarında büyümek için kullanılan receptacle gösterilen fotoğraf.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > Şekil 8: odaları kesilen protoplazmik tüpler gösteren bir fotoğraf.

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

A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold

Bio-memristors sümük kalıp üzerinden büyüyen bir yöntem

Bu kağıt biyo-memristors Physarum polycephalumplasmodium dışında büyüyen için geliştirilmiş bir yöntem sunar. Böyle bir yöntem büyüme zamanı azaltmak, bileşen ömrünü artırmak, elektrik gözlemler standartlaştırmak ve geleneksel devre entegre edilebilir korumalı bir ortam yaratmak kanıtlanmıştır.

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

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.9K Görüntüleme.  Plymouth University. Bu kağıt biyo-memristors Physarum polycephalumplasmodium dışında büyüyen için geliştirilmiş bir yöntem sunar. Böyle bir yöntem büyüme zamanı azaltmak, bileşen ömrünü artırmak, elektrik gözlemler standartlaştırmak ve geleneksel devre entegre edilebilir korumalı bir ortam yaratmak kanıtlanmıştır.

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

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

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

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

Tasarım ve Düşük Maliyetli kullanımı, Otomatik Morbidostat Bakterilerin Adaptif Evolution için antibiyotik ilaç Seçimi Altında

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

Genetik

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.

Mikro Ölçekli Besin Katmanlar Deniz Mikro-organizmalar kemotaktik Tepki

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

Biyoloji

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.

Mikro-ayağı ile bir mikroakışkan Aygıt Biyofilm Çıtası Formasyonu Protokolü

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 ...

Biyomühendislik

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.

Tasarım, Tedavi, Hücresel Kaplama ve Fonksiyonel Inter-bağlantılı Devreler oluşan Modüler Nöronal Ağları Kültüre Yüzey

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

Nörobilim

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.

Derleme ve biyomoleküler iyon kanal katkılı Lipid membranlar oluşan Memristors karakterizasyonu

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.

Mikrobiyal Davranışı İncelemek Için Kontrollü, Dinamik Kimyasal Manzaralar Üretmek

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.

Yüzlerce C. albicans Hücresinde Biyo-Atomik Kuvvet Mikroskop Ölçümlerinin Otomasyonu

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.

Yumuşak Litografi Değişimi Ile Kök Yüzey Mikroyapısının Biyomimetik Replikasyonu

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.

Mikroakışkan Aygıtlar Kullanma Tek Budding Maya Hücreleri ömrü ve Hücresel fenotipleri Ölçmek için

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

Mikro Ölçekli Nöronal Hücre Kültürü Cihazları için 3D Baskı Uygulamaları

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.

Yazar Spotlight: Beyin Fonksiyonlarını Analiz Etmek için Modüler Nöronal Ağlar

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.

Mikro Ölçekli Nöronal Hücre Kültürü Cihazlarının İki Foton Polimerizasyonu 3D Baskısı

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