Name: a method for growing bio-memristors from slime mold
Uploaded: 2017-11-02T12:30:00
Duration: 7 min 46 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Method for Growing Bio-memristors from Slime Mold at JoVE.com

Denne forskning blev finansieret ved Plymouth University's School af humaniora og scenekunst. Forfatterne vil gerne takke Functionalize for at levere prøver af deres ledende PLA.

1. fabrikation af en 3D trykt beholder <ol><li>kamre, låg, og base <ol><li>belastning en 3D printer med slagfast polystyren (HIPS) ved hjælp af printerinterface til at indstille print bed temperatur til 85 ° C og ekstruder til 230 ° C. Når temperaturen er nået, løsne de Stjernehjulsforing arm, indsætte glødetråden og trykke ned, indtil det begynder at presse ud af den varme ende. Derefter efterspænde glødetrådens Stjernehjulsforing arm og fjerne den ekstruderet materiale.</li>
		<li>Importere filen 3D beholder STL model til en 3D-printning udskæring software, som kan normalt opnås ved at navigere til fanen fil og vælge Importer/Åbn indstillinger ( figur 2).</li>
		<li>Hvis udskæring software tilbyder høj og lav kvalitet udskriftsindstillinger, skal du vælge høj kvalitet samtidig sikre at den korrekte materielle profil vælges. 
		Bemærk: Hvis udskrivning flere beholdere i en køre, Sørg for, at softwaren er indstillet til at udskrive hvert objekt, en ad gangen. Hvis dette trin springes over, udskriftskvaliteten kan reduceres, som vil sandsynligvis forårsage tolerance spørgsmål når montere delene sammen.</li>
		<li>Når udskrivningen er færdig, vente, indtil print bed temperatur er under 50 ° C til at fjerne delene.</li>
		<li>Ved hjælp af en tynd stålbørste, forsigtigt klart elektrode socket for eventuelle mangler, der kan forårsage blokeringer ved montering i salen med en elektrode.</li>
	</ol></li> <li>Elektroderne <ol><li>erstatte HOFTER glødetråden til en rengøring glødetråd og køre masser af materiale gennem skrivehovedet.</li>
		<li>Indlæses printer med en elektrisk ledende polylactic syre (PLA) glødelampe, der har en volumen resistivitet på 0,75 Ω-cm eller derunder.</li>
		<li>Indstil print bed temperaturen til 60 ° C og ekstruder til 230 ° C (Se trin 1.1.1 vejledning).</li>
		<li>Når temperaturen er nået, presse flere centimeter af glødetråden gennem skrivehovedet. Denne proces vil hjælpe med at sikre, at alle partikler fra tidligere sessioner er fjernet.</li>
		<li>Ved hjælp af en 3D-printning udskæring software, indlæse elektrode STL fil ( figur 3).</li>
		<li>i udskriftsindstillinger, Angiv følgende: lag højde = 0,16 mm, vægtykkelse = 1,7 mm, bund/Top tykkelse = 0,74 mm, fyld densitet = 100% ( figur 4).</li>
		<li>Hvis udskrivning flere elektroder i en køre, indstille printeren til at udskrive en ad gangen.</li>
		<li>En gang trykt, forlade elektroderne på print sengen indtil de er afkølet til stuetemperatur. Dette sikrer del ikke blive fordrejet og misshaped.</li>
	</ol></li> <li>Beholder forsamling <ol><li>Slot en elektrode i hver af de to kamre. Hvis trin 1.1.5 er afsluttet korrekt, elektroderne skal gå i kamre uden megen kraft.</li>
		<li>Ved hjælp af en skarp skalpel, skåret en 10 mm stykke af polyvinylchlorid (PVC) slanger (4 mm indre diameter og 6 mm ydre diameter) at tage sig til at sikre, at hver ende er skåret lige og proper.</li>
		<li>Forsigtigt lethed hver ende af 10 mm PVC slange over kanten af de to elektroder.</li>
		<li>Når først sammenhængende, de to kamre klip i base.</li>
	</ol></li></ol> 2. Beholderen forberedelse og P. polycephalum podning <ol><li>2% agar medium forberedelse <ol><li>sætte 2 g ikke-næringsstoffer mikrobiologiske agar pulver i en 250 mL glasflaske.</li>
		<li>Tilsættes 100 mL deioniseret vand og blandes godt.</li>
		<li>Autoklave flasken for 12-15 min ved 121 ° C eller plads i et kogende vandbad i 15-20 min.</li>
	</ol></li> <li>Indstilling agar-substrat i beholderen &#39; s kamre <ol><li>smelte agaren ved hjælp af et vandbad eller mikrobølgeovn.</li>
		<li>Fyld 2 mL pipette med smeltet agar.</li>
		<li>Udfylde hver af beholderen &#39; s kamre af svævende nib af pipette ca 5 mm over den interne base og langsomt fylde brøndene op til bunden af de forbinder rør hul.</li>
		<li>Umiddelbart efter påfyldningen brøndene, placere en låg på hvert af kamrene og afsætte beholderen, indtil agaren har sat og nået stuetemperatur.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum podning <ol><li>placere en havre flake i hver af de to kamre.</li>
		<li>Fjerne en 2 mL klat af pseudopods fra et udsultet (ca. 12 h) kultur af plasmodium og placere det i en af de to kamre. For at fremme hurtig vækst, prøv at tage protoplasm fra de mest aktive forreste organismens.</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>

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Dette papir præsenteret en metode til dyrkning af memristors af myxomycete P. polycephalum. Organismen er vokset inde 3D trykte beholdere, der var designet til at overvinde nogle af de begrænsninger, der er forbundet med gennemførelsen af bio-memristors. Sådanne begrænsninger omfatter opstillingstid, prøve vækst tid og mangel på standardisering for prøve til prøve vækstbetingelser og elektriske observationer.
Vores beholder blev først afsløret i 2015 i trykt reklamemateriale for halvøen Arts moderne musik Festival 2016 (PACMF) og respektive hjemmeside15. Her, blev vores teknologi brugt til at udvikle en hybrid hardware-bioware interaktiv musiksystem, der var i stand til at generere musikalske akkompagnementer til en levende musiker. I reference14, vi berettede om den omfattende test af vores beholder og sammenlignet resultaterne mod tidligere tilgange9,10. Efter disse udviklinger, en anden gruppe af forskere undersøgt efterfølgende skabe vækst miljøer for at studere en organismes thermistive egenskaber16, men disse er ikke det samme som memristive egenskaber. Der har dog kun været to andre forsøg på at udvikle en kontrolleret tilgang til gennemførelse af P. polycephalum memristors13,17. I disse eksperimenter, wells blev lavet af en gel-lignende biokompatible elastomer materiale kaldet Polydimethylsiloxan (PDMS) og elektroder blev oprettet ved hjælp af forskellige metaller eller poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). Selv om disse materialer anvendes rutinemæssigt i elektronik, mikrofluidik og bionic engineering, de er dyre og kræver nogle ekspertise til at bruge. For eksempel har brug PEDOT:PSS spin-coating og doping til at forbedre dens ledningsevne. Teknikkerne er derfor uden for rækkevidde for folk, der ikke har adgang til specialiserede ressourcer. De beholdere, der er præsenteret i denne artikel anvende metoder og materialer, der er let tilgængelige og billige. Derudover giver design et gæstfrit miljø for plasmodium til levesteder, som er i modsætning til de andre P. polycephalum memristor prototyper hvor blev gjort noget forsøg på at holde cellen i live for en varighed af tid.
Indtil nu har det været vanskeligt at opnå ensartet I-V målinger ved hjælp af tidligere metoder til dyrkning af skadegøreren på petriskåle (figur 5, venstre). Vores metoder betydeligt forbedret dette scenario (figur 6). Resultaterne af vores beholder test har vist, at design har nedsat vækst tid, øget levetid, standardiseret komponent svar, og lavet et beskyttet mikromiljø for at indkapsle organismen. Derudover giver enheden realistisk middel til integration af organismen som en komponent i en elektrisk ordning.
Metoden præsenteres letter en række spørgsmål i forbindelse med udnyttelse af P. polycephalum memristors inden for elektriske systemer. Der er dog begrænsninger, der kræver yderligere forskning og udvikling. For det første, kondens kan samle på de forbinder rør indvendige overflade hvis beholderne udsættes for en hurtig ændring i temperatur eller en høj spænding er anvendt for lange varigheder. Sidstnævnte skyldes den organisme høj modstand forårsager elektrisk energi overføres til varme. Hvis væsentlige, kan kondens oprette en lav resistente vej mellem de to elektroder i begge ender af de forbinder rør. Denne begrænsning kan styres effektivt ved at sikre, at memristors ikke er overbelastet. For det andet, den samlede modstand af memristors fremstillet ved hjælp af metoden præsenteres kan variere fra komponent-til-komponent. Sådan et fænomen kan være et resultat af metoden ikke begrænse den udvendige diameter af protoplasmic rør. Derfor kan brugere skal indarbejde deres anvendelse af memristors en kalibreringsprocessen.
Takket være denne metode, kan vi nu begynde at studere de biologiske processer, der forårsager memristive observationer i P. polycephalum. Det er sandsynligt, at disse processer har dynamiske parametre, som vi kunne udnytte til at forøge elementets skik. Vi har indledt, kører nogle foreløbige eksperimenter hvor ekstracellulære ion koncentrationer er ændret til at gennemgå hvis spænding-gated Ionkanaler spiller en rolle i memristance.
De præsenteres beholdere var designet udelukkende for gennemførelse af P. polycephalum memristors. Disse enheder er sandsynligt, men at have anvendelser ud over at gennemføre en enkelt komponent. For eksempel, i referencer12,18, blev protoplasmic røret studeret som en selvsamlende og selvreparerende biologiske wire. I begge disse undersøgelser udtrykt forskerne, at yderligere arbejde var nødvendigt at indføre metoder til dyrkning af protoplasmic tube efter en ordning. Beholdere og dertil fremsat i dette papir giver en metode til at afgrænse produktionen af røret mellem to, eller potentielt flere punkter. Figur 7 viser to fotografier, der illustrerer, at beholdere og dertil kan bruges til at vokse sundt rør ved længder over 100 mm. I reference18, blev Overførselsfunktionen af det protoplasmic rør undersøgt. Resultaterne fra denne undersøgelse viste, at agaren skal vokse rørene kan forårsage et problem hvis organismen skulle integreres i et elektrisk system. Dette skyldes den substrat kapacitans. Beholdere præsenteres her stadig kræve agar at holde luftfugtigheden høj. Dog med små ændringer til den beholder design er det muligt at oprette et aftageligt rør. Denne opsætning kan tillade for røret at være koblet fra afdelingerne, når væksten er komplet og klippet i et elektrisk system. Desuden, når tube's sundhed begynder at forringes, det kunne være genoprettet til nye kamre for fødevarer og pusterum indtil det har repareret sig selv og kan bruges igen. Figur 8 viser et foto af lange rør, der er blevet afbrudt fra afdelingerne. Fremtidig forskning er nødvendig for at undersøge den protoplasmic tube elektriske egenskaber uden agaren, og når der dyrkes på længder ved hjælp af metoden præsenteres.

Dagens computere er bygget ved hjælp af de tre to-terminal grundlæggende passive kredsløbselementer: kondensator, modstand og induktor. Passive elementer er kun i stand til at sprede eller lagring af energi, ikke generere det. Disse elementer blev etableret i de 18th og 19th århundrede og er forbundet via Maxwells ligninger. Vi definerer hver af disse tre kredsløb komponenter med hensyn til deres forhold mellem to af de fire kredsløb variabler nemlig strøm (I), spænding (V), opladning (Q) og flux-kobling (φ). Afgiften er integralet af nuværende og Faradays lov definerer spændingen som integralet af flux. Således, en kondensator er defineret ved en relation mellem spænding og afgift, en modstand er defineret ved en relation mellem spænding og nuværende, og en spole er defineret ved en relation mellem flux og aktuelle. I langt over et århundrede var disse elementer en hjørnesten i elektronik. Men, de kun repræsenterer tre af de mulige fire forhold par mellem kredsløb variabler, forlader flux-kobling og gebyr ikke er sammenkædet. I 1971 offentliggjort Leon Chua et papir1 hvor han postuleret, at der var en manglende fjerde element, der i forbindelse med de resterende to variabler, som han kaldte memristor. Memristor kan være beskrevet som en modstand, der husker sin historie, dermed sammentrækning «hukommelse modstand.» Dette element funktioner ved at ændre dens modstand efter størrelsen af den tidligere anvendte spænding og dens varighed. Desuden, memristor bevarer sin sidste modstand tilstand når spændingen anvendes ikke længere. I modsætning til kondensator, modstand og spole er den memristor adfærd ikke-lineært, hvilket er tydeligt i sin-V profil hvor en klemt hysteresesløjfe dannes under en vekselspænding. Denne løkke tager form af en Lissajous figur, der indeholder to vinkelrette svingninger af høj og lav resistente stater. Før Chuas formaliseret memristance teori, havde andre forskerne rapporteret om hukommelse modstand virkninger på visse frekvenser, når eksperimentere med materialer som polymerer og metaloxider, samt udvikle elektriske enheder på mikrometer skala2. Dog i mange tilfælde, blev disse virkninger betragtes som uønskede. Det tog næsten fyrre år Chuas formalisering skal sluttes til en fysisk enhed og forskere til at begynde at udvikle metoder til at udnytte memristive virkninger. Et team på HP laboratorier lykkedes at opdigte en memristive enhed i 20083 der antændte enorm interesse i elementet.
Dataloger har en stor interesse i memristor skyldes, at det er blevet krediteret som det første element til at kombinere forarbejdning og hukommelse evner i en enkelt enhed. Det viser også adfærd, der svarer til visse neurologiske processer såsom Spike-Timing-afhængige plasticitet (STDP)4, at nævne én. Sådan adfærd giver anledning til perspektiver for opbygningen af hjernen-lignende computerteknologi, at opgive sondringen mellem hukommelse og processorenhed (CPU)5. I modsætning til de populære tilgange til at udvikle memristors (ved hjælp af TiO2, for eksempel), er vores ambition at udvikle en økologisk bio-memristor. Derudover er vi interesseret i hvordan denne komponent kan give midler til at udforske paradigmer ud over konventionelle tilgange til engineering computerenheder; f.eks.kreative applikationer i feltet Computermusik6.
Memristance er en effekt, at forskere har for nylig fundet i hele en række biologiske systemer. For eksempel, er memristive egenskaber blevet observeret i aloe vera planter7 og menneskelige hud8, for blot at nævne, men to. Disse opdagelser indikerer, at det kan være muligt at gennemføre forarbejdning og hukommelse enheder på biologiske substrater. Udnytte økologiske systemer inden for teknologi kan tillade os at udforske spændende koncepter som samlesæt, selv reparation, lav miljøpåvirkning, og selv kraftoverførsel. Før vi kan undersøge disse muligheder men, skal flere udfordringer løses. Mange af de biologiske systemer, der har memristive egenskaber har betydelige begrænsninger, der begrænser deres levedygtighed som en faktiske elektronisk komponent. For eksempel, en aloe vera blade7 har brug for lys, har en begrænset levetid, og ville være vanskeligt at integrere i et kredsløb. Desuden flere andre i vivo memristive fænomener, er såsom menneskelige sved kanaler8, ikke i øjeblikket muligt mulighederne for udvikling af systemer til brug uden for laboratoriet og i hverdagens elektroniske systemer. Men af alle memristive fænomenerne, der er en potentiel kandidat: P. polycephalum.
Plasmodium af P. polycephalum er en amorf encellede system, der er blevet opdaget at fungere som en memristive komponent9,10. Denne organisme er en ideel kandidat til forskning i hybride hardware-wetware elektronik for en række årsager. For det første organismen er ikke-patogene, makroskopiske, og kræver ingen specialist udstyr brug, hvilket gør plasmodium tilgængelige for ingeniører og ikke-biologer. For det andet, cellen er amorf, danner netværk af wire-lignende vener, og vil vokse på de fleste substrater (figur 1). Disse egenskaber gør den celle morfologi til at være let afgrænset i overensstemmelse med en konventionelle elektriske ordning. Der er også forskning demonstrerer at plasmodium kan leve for over fire år11, og at dens vener kan fungere som selvreparerende ledende veje12. Adskillige laboratorieundersøgelser har bekræftet den organisme memristive evner9,10,13 og nu er tiden moden til at udforske sit potentiale.
Tanken om at bruge P. polycephalum memristors er relativt nyt. Som et resultat, er der ingen etableret standarder for måling og observere dens elektriske egenskaber. Sådan en mangel på ensartethed i eksperimentelle procedurer inden for den samme forskergruppe og mellem grupper kan være grunden til der er uoverensstemmelser blandt offentliggjort resultater9,10. Det er sandsynligt, at sådanne variation er mest fremtrædende i stikprøven vækstbetingelser og håndtering. Dermed, vi skal fastlægge metoder til fremstilling og afprøvning P. polycephalum memristors hvor faktorer, der kan forårsage fejl er bedre kontrolleret og overvåget.  Desuden skal vi skabe metoder til gennemførelse af P. polycephalum memristors, der giver mulighed for stabile og nem integration i elektriske systemer.
Metoden fremlægges i dette papir giver en platform for udforskning af praktiske anvendelser af P. polycephalum memristors af tilvejebringelse af midler at integrere organismen som en komponent i en elektrisk skematisk. Det er sandsynligt, at disse teknikker vil appellere til ingeniører søger for at udforske virkelige anvendelser af hybrid hardware-wetware systemer. Det er endvidere tilgængelig for ikke-eksperter (fx, open source elektroniske prototyping entusiaster) der kan være interesseret i at eksperimentere med aspekter af ukonventionelle computing men har fundet det vanskeligt at finde prototyper til at tilpasse sig deres behov. Nogle potentielle anvendelser kan omfatte gennemførelsen probabilistiske modeller udnytte memristors spiking adfærd, udvikle strategier til at udføre stateful logic operationer, og modellering neurologiske processer for oplysninger opbevaring og forarbejdning.

<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

Vores forskning sigter mod at få en bedre forståelse af de elektroniske egenskaber af organismer for at ingeniør roman bioelectronic systemer og computing arkitekturer baseret på biologi. Denne særlige papir fokuserer på at udnytte den encellede Slim skimmel Physarum polycephalum at udvikle bio-memristors (eller biologiske memristors) og bio-computing-enheder. Memristor er en modstand, der besidder hukommelse. Det er den 4th grundlæggende passive kredsløbselementer element (de andre tre er modstand, kondensator og en spole), som er på vej til design af nye former for computersystemer; f.eks.computere, måtte opgive sondringen mellem opbevaring og en central processing unit. Når den anvendes med en AC spænding, er aktuelt vs spænding karakteristisk for en memristor en klemt hysteresesløjfe. Det har vist sig at P. polycephalum producerer klemt hysterese sløjfer under AC spændinger og viser adaptive adfærd, der er sammenlignelige med driften af en memristor. Dette paper præsenterer den metode, som vi udviklede for gennemførelsen af bio-memristors med P. polycephalum og introducerer udviklingen af en beholder til kultur den organisme, som letter sin indsættelse som et elektronisk kredsløb komponent. Vores metode har vist sig at mindske vækst tid, øger komponent levetid og standardisere elektriske observationer.

For at give repræsentative resultater, oprettet vi 5 prøver ved hjælp af den nøjagtige metode beskrevet ovenfor. For et kontrolelement, blev 5 prøver også arrangeret efter metoden i den tidlige P. polycephalum memristor undersøgelser9,10. Her, placeret vi to elektroder fordelt i en afstand af ~ 10 mm inden for 60 mm petriskåle. Hver elektrode bestod af en cirkel (~ 20 mm i diameter) af fortinnet kobbertråd (16 står på 0,2 mm) fyldt med en 2% ikke-næringsstoffer deioniseret agar (~ 2 mL). Alle prøver blev overvåget via time-lapse billedsprog til at gennemgå vækst tid. Her, forbundet 5 beholder prøverne de to elektroder i 10 h af podning. Den hurtigste af disse voksede i under 2 h, og den længste var 10 h, med den gennemsnitlige gennemsnitlige vækst tid på tværs af alle 5 prøver af 7 timer 24 min. Fire af kontrolprøver produceret en sammenkædning protoplasmic tube og en formeret ved podning elektrode men tørret ud, før det gjorde den nødvendige forbindelse. Den hurtigste af kontrolprøver lavet sin forbindelse inden for 19 h, mens den langsomste tog 36 h, med en gennemsnitlig vækst tid på tværs af kontrolprøver af 26 h 15 min. Disse data viser et markant fald i væksten tid for memristors dyrkes ved hjælp af metoden præsenteres.
V-profil af en memristor er dens mest definerende funktion. Som sådan, udførte vi I-V målinger på prøver at give repræsentative resultater for dette papir. Her, er øjeblikkelige nuværende målingerne foretaget på hvert punkt i en 160-trin spænding sinusbølge. Hver spænding skridt havde en statisk hviletiden 2 s. elektriske målinger blev foretaget ved hjælp af en 230 programmerbare spændingskilde og en 617 programmerbare Electrometer. Disse enheder blev udvalgt som de er i stand til at sourcing spænding og tage målinger på høje opløsninger. Eksperimenter blev udført ved stuetemperatur i en slukket værelse.
Figur 6 viser typisk I-V kurver produceret fra test på P. polycephalum memristors. Figur 6 c og 6 d Vis parceller med de repræsentative målinger fra komponenter, der gennemføres i Petriskålene. Resultater ved hjælp af denne metode viser, at selv om kurver målt på samme prøve er morfologisk tilsvarende, hysterese varierer stærkt fra prøve til prøve. Sådan ændring omfatter placeringen af knivspids point, omfanget af både positive og negative lapper og symmetri mellem målinger i negativ og positiv spænding domæner. V kurver målt på memristors ved hjælp af metoden petriskål er således ikke fodaftryk af en «ideel» memristor fordi knivspids punkter ikke er på nul spænding og strøm. Figur 6a og 6b vise grafer med repræsentative målinger fra memristors dyrkes i beholdere og dertil. Knivspids punkt steder og lobe størrelser af disse hysterese sløjfer er relativt sammenhængende, både i diskrete prøve kurver testet under forskellige spænding intervaller og tid-trin, og prøve at prøve kurver. Derfor var beholder-V kurver mere minder om en 'ideal' memristor fodspor, hvor knivspids punkter var altid ental og næsten konsekvent på nul spænding og nuværende. Men selvom hysterese morfologier blev lignende prøve til prøve, der var variation i samlede modstand mellem prøver. .
Efter de oprindelige I-V målinger blev afsluttet, test blev foretaget på hver prøve én gang om dagen, indtil de præsenterede ingen memristive kurver. De 4 kontrolprøver, 2 tørret op senest 2 dage efter indledende test, mens de resterende 2 fortsatte med at indspille klemt kurver for yderligere 2 dage. Beholderen prøver fastholdt deres memristance i mindst 7 dage, med 3 prøver der er. Over tid, hver af eksemplet beholder protoplasmic rør blev tykkere, og der var et fald i samlet modstand, med nogle prøver måling i en x 10-04 interval for 10 V kører mod A x 10-05 i deres tidligere tests.
Læseren henvises til artiklen af Braund14 resultater på den omfattende test af præsenteres beholderen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
Figur 1: Et fotografi af en 2 dage gamle kultur af plasmodium af P. polycephalum. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
Figur 2: Et screenshot af beholderen STL fil når det er indlæst i den udskæring software. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
Figur 3: et screenshot af elektrode STL fil når det er indlæst i den udskæring software. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
Figur 4: Et screenshot af konfigurationen af indstillinger for udskrivning af elektrode STL model.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
Figur 5: To fotografier skildrer P. polycephalum memristors gennemføres i en petriskål (venstre) og ved hjælp af metoden i dette papir (til højre). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
Figur 6: Fire-V grafer, der blev produceret fra to memristors dyrkes i beholdere (a, b) og to implementeret i petriskåle (c, d). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
Figur 7: Fotografier, der viser beholderen bliver brugt til at vokse rør i forskellige længder.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > Figur 8: et fotografi viser protoplasmic rør, der er blevet afbrudt fra kamre.

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

En metode til dyrkning af Bio-memristors fra SLIM skimmel

Dette papir introducerer en forbedret metode til dyrkning af bio-memristors af plasmodium af Physarum polycephalum. En sådan metode har vist sig at mindske vækst tid, øger komponent levetid, standardisere elektriske bemærkninger og oprette et beskyttet miljø, der kan integreres i konventionelle kredsløb.

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

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

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

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

Konstant tryk-styret Ekstrudering fremgangsmåde til fremstilling af nano-størrelse lipidvesikler

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

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Design af et Bio-responsiv Robot fra DNA Origami

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

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

En forbedret metode til forberedelse af type I kollagen fra hud

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

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

En ny metode til lokalisering Reporter fluorescerende kugler nærheden cellekulturen overflade for trækkraft Microscopy

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

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

Biomembrane Fabrication by the Solvent-assisted Lipid Bilayer SALB Method

Biomembran Fabrication med opløsningsmidlet-assisteret lipiddobbeltlag (Salb) Metode

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

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

En hurtig og kvantitativ Fluorimetrisk Metode til Protein-Targeting småmolekyle Drug Screening

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

Tunable Hydrogels from Pulmonary Extracellular Matrix for 3D Cell Culture

Tunable Hydrogeler fra Pulmonal ekstracellulære matrix for 3D cellekultur

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

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

En netto skimmel-baseret metode til stillads-gratis tre-dimensionelle hjerte væv skabelse

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

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

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

Celle-fri Protein udtryk ved hjælp af hurtigt voksende bakterie Vibrio natriegens

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