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 forskningen ble finansiert av Plymouth University's School i humaniora og scenekunst. Forfatterne ønsker å erkjenne Functionalize for å levere prøver av sine ledende PLA.

1. fabrikasjon av en 3D trykt Receptacle <ol><li>Chambers, lokk, og base <ol><li>belastningen en 3D skriver med høy effekt polystyren (HIPS) ved hjelp av skriver grensesnittet sette utskriften sengen temperaturen til 85 ° C og extruder til 230 ° C. Når temperaturen er nådd, løsne levering fra arm, sette inn filament og trykk til det begynner å extrude av varme slutten. Deretter trekk igjen filament levering fra arm og fjerne ekstrudert materialet.</li>
		<li>Importere filen 3D beholder STL modell til en 3D-utskrift kutting programvare som kan vanligvis oppnås ved å navigere til kategorien fil og velge Importer/åpne alternativene ( figur 2).</li>
		<li>Hvis kutting programvare tilbyr høy og lav kvalitet utskriftsinnstillinger, Velg høy kvalitet samtidig sørge for at riktig materiale profil velges. 
		Merk: Hvis utskrift flere beholdere i ett Kjør, må du kontrollere at programmet er satt til å skrive ut hvert objekt en om gangen. Hvis dette trinnet blir hoppet, utskriftskvaliteten kan reduseres, som trolig vil forårsake toleranse problemer når montering delene sammen.</li>
		<li>Når utskriften er fullført, vent til utskriften sengen temperaturen er under 50 ° C fjerne delene.</li>
		<li>Med en tynn tråd pensel, forsiktig fjerne elektrode socket for eventuelle feil som kan forårsake hindringer når passende kammer med en elektrode.</li>
	</ol></li> <li>Elektroder <ol><li>erstatte HOFTER filament for en rengjøring filament og kjøre mye av materialet gjennom skrivehodet.</li>
		<li>Fyll skriveren med en elektrisk ledende polylactic syre (PLA) filament som har et volum resistivitet 0,75 Ω cm eller mindre.</li>
		<li>Sette utskriften sengen temperaturen til 60 ° C og extruder 230 ° c (se trinn 1.1.1 for veiledning).</li>
		<li>Når temperaturen er nådd, extrude flere centimeter av filament gjennom skrivehodet. Denne prosessen vil bidra til å sikre at alle partikler fra tidligere økter fjernes.</li>
		<li>Bruker en 3D-utskrift kutting programvare, laste elektrode STL-filen ( Figur 3).</li>
		<li>i utskriftsinnstillinger, angi følgende: Lag høyde = 0,16 mm, Shell tykkelse = 1,7 mm, toppen/bunnen tykkelse = 0.74 mm, fyll tetthet = 100% ( Figur 4).</li>
		<li>Hvis utskrift flere elektroder i ett løp sett skriveren skrive ut én om gangen.</li>
		<li>En gang ut, la elektrodene på utskriften sengen før de har kjølt ned til romtemperatur. Dette sikrer delen ikke blir skjev og misshaped.</li>
	</ol></li> <li>Beholder montering <ol><li>Slot en elektrode i hver av kinesere. Hvis trinn 1.1.5 har fullført riktig, elektrodene bør gå inn i kamrene uten mye kraft.</li>
		<li>Bruker en kraftig skalpell, skjære et 10 mm stykke av polyvinylklorid (PVC) rør (4 mm indre diameter og 6 mm ytre diameter) å ta vare å sikre at hver ende er kuttet rett og rent.</li>
		<li>Forsiktig hver ende av 10 mm PVC slangen over kanten av de to elektrodene.</li>
		<li>En gang koplet, kinesere klipp inn i basen.</li>
	</ol></li></ol> 2. Beholder forberedelse og P. polycephalum vaksinasjon <ol><li>2% agar middels forberedelse <ol><li>sette 2 g av ikke-næringsstoffer mikrobiologisk agar pulver i en 250 mL glassflaske.</li>
		<li>Legge til 100 mL deionisert vann og bland godt.</li>
		<li>Autoclave flasken i 12-15 min ved 121 ° C eller i en kokende vannbad for 15-20 min.</li>
	</ol></li> <li>Sette agar underlaget i mottaket &#39; s kamre <ol><li>smelte agar ved hjelp av et vannbad eller mikrobølgeovn.</li>
		<li>Fylle en 2 mL pipette med smeltet agar.</li>
		<li>Fylle hver av mottaket &#39; s kammer ved hovering spiss av pipette ca 5 mm over indre bunnen og sakte fylle brønnene til bunnen av den kobler rør hull.</li>
		<li>Umiddelbart etter fylling brønnene, legger et lokk på hver av kamre og avsette receptacle til agar har satt og nådde romtemperatur.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum vaksinering <ol><li>plasserer en havre flake i hver av de to kamrene.</li>
		<li>Fjerne en 2 mL dråpe eukaryotene fra en starved (ca 12 h) kultur av plasmodium og plassere den i én av to kamre. For å fremme rask vekst, prøve å ta protoplasma fra de mest aktive fremre av organismen.</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 ikke avsløre.

Dette papiret presentert en metode for voksende memristors av myxomycete P. polycephalum. Organismen er dyrket i 3D trykt beholdere som var utformet for å overvinne noen av begrensningene som er knyttet til implementering av bio-memristors. Slike begrensninger omfatter oppstillingstid, testtiden vekst og mangelen på standardisering for prøve å sample vekst og elektriske observasjoner.
Våre mottaket ble først avslørt i 2015 i den utskrevne reklamemateriell for halvøya Arts moderne musikk Festival 2016 (PACMF) og respektive nettsted15. Her, ble vår teknologi brukt til å utvikle en hybrid maskinvare-bioware interaktiv musikksystem som ble generere musikalsk akkompagnement til live musiker. Referanse14, vi rapportert omfattende testing av våre mottaket og sammenlignet resultatene mot tidligere tilnærminger9,10. Etter denne utviklingen, en gruppe forskere utforsket senere skape vekst miljøer for å studere organismens thermistive egenskaper16, men dette er ikke det samme som memristive egenskaper. Det har, men bare vært to andre forsøk på å utvikle en kontrollert tilnærming til iverksetting av P. polycephalum memristors13,17. I disse eksperimentene, brønner ble gjort fra en gel-lignende biokompatible elastomer materiale kalt polydimethylsiloxane (PDMS) og elektroder ble opprettet ved hjelp av ulike metaller eller poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). Selv om disse materialene rutinemessig brukes i elektronikk og microfluidics bionic engineering, de er dyre og krever noen kompetanse til å bruke. For eksempel trenger PEDOT:PSS spinn belegg og doping å forbedre sin ledningsevne. Teknikkene er derfor utilgjengelig for folk som ikke har tilgang til spesialist ressurser. Den beholdere presenteres i denne artikkelen bruker metoder og materialer som er lett tilgjengelig og rimelig. Videre gir design et gjestfritt miljø for plasmodium til habitat er andre P. polycephalum memristor prototyper der ble ikke forsøkt å holde cellen i live for alle varigheten tid.
Inntil nå har det vært vanskelig å få konsekvent IV mål med tidligere metoder for dyrking organismen Petri retter (figur 5, venstre). Våre metoder betydelig forbedret dette scenariet (figur 6). Resultatene av våre beholder tester har vist at design har redusert vekst tid, økt levetid, standardisert komponent svar, og opprettet en beskyttet microenvironment å kapsle organismen. Videre gir enheten gjennomførbare betyr å integrere organismen som en komponent av en elektrisk.
Metoden presentert lindrer en rekke spørsmål knyttet til å utnytte P. polycephalum memristors innen elektriske systemer. Det er imidlertid begrensninger som krever videre forskning og utvikling. Først kan kondens samle på den koble slangen indre overflate hvis beholderne er utsatt for en rask endring i temperatur eller hvis en høy spenning brukes for lang varighet. Sistnevnte er organismens høy motstand forårsaker elektrisk energi overføres til varme. Hvis det er betydelig, kan kondens lage en lav motstandsdyktig veien mellom de to elektrodene i hver ende av sammenhengende rør. Denne begrensningen kan håndteres effektivt ved å sikre at memristors ikke er overbelastet. Andre kan generelle motstanden av memristors produsert ved hjelp av metoden presentert variere fra komponent-til-komponent. Så fenomen kan være et resultat av tilnærming ikke begrensning protoplasmic røret ytre diameter. Dermed trenger brukerne å innlemme en kalibreringsprosessen i deres bruk av memristors.
Takket være denne metodikken, kan vi nå begynne å studere biologiske prosesser som forårsaker memristive observasjoner i P. polycephalum. Det er sannsynlig at slike prosesser har dynamiske parametre som vi kunne utnytte øke elementets bruk. Vi har begynt kjører noen foreløpige eksperimenter der ekstracellulære ion konsentrasjoner er forandret for å gjennomgå hvis spenning-gated ionekanaler spille en rolle i memristance.
Presentert beholderne ble utformet utelukkende for å implementere P. polycephalum memristors. Disse enhetene er sannsynlig, men å ha bruker enn å implementere en enkeltkomponent. For eksempel i referanser12,18, ble protoplasmic røret studert som en selvstendig montering og selvreparerende biologiske wire. I begge disse undersøkelsene uttrykt forskerne at videre arbeid var nødvendig å etablere metoder for voksende protoplasmic røret ifølge en ordning. Beholderne fremmet i dette papiret gir en metode for å skildre produksjon av røret mellom to, eller potensielt mer poeng. Figur 7 viser to fotografier som illustrerer at beholderne kan brukes å dyrke sunn rør lengder mer enn 100 mm. Referanse18, ble overføringsfunksjonen av protoplasmic røret undersøkt. Resultatene fra denne undersøkelsen indikerte at agar kreves for å dyrke rør forårsake et problem hvis organismen var å bli integrert i en elektrisk system. Dette skyldes underlagets kapasitans. Den beholdere presenteres her fortsatt krever agar å holde fuktighet høy. Men med små endringer i mottakets design er det mulig å opprette en avtakbar rør. Dette settet opp tillate røret kobles fra kammer når veksten er komplett og kuttet til et elektrisk system. Videre når tuben helse begynner å svekkes, kan det kobles til nye kamre for mat og pusterom før den har reparert seg selv og kan brukes igjen. Figur 8 viser et bilde av lange rør som har blitt koblet fra kammer. Fremtidig forskning er nødvendig for å undersøke protoplasmic tuben elektriske egenskaper uten agar og når dyrket lengder med metoden presentert.

Dagens datamaskiner er bygget med tre to-terminal grunnleggende passiv Kretselementer: kondensator, Motstandsverdien og induktor. Passiv elementer er bare i stand til spredendedesign eller lagre energi, ikke genererer det. Disse elementene ble etablert i de 18th og19 århundre , og er koblet gjennom Maxwells likninger. Vi definerer hver av disse tre krets komponentene i deres forhold mellom to av fire krets variablene nemlig gjeldende (I), spenningen (V), kostnader (Q) og flux-kobling (φ). Tillegget er tiden integrert av gjeldende Faradays loven definerer spenningen som tiden integrert av fluks. Dermed en kondensator er definert av en sammenheng mellom spenningen og lade en motstand er definert av et forhold mellom spenning og gjeldende og spole er definert av en relasjon mellom flux og oppdatert. For godt over et århundre var disse elementene en hjørnestein i elektronikk. Men representerer de bare tre av de mulige fire forholdet mellom krets variablene, forlater flux-kobling og lade koblet. I 1971 publisert Leon Chua en papir1 hvor han postulerte at det var en manglende fjerde element som koblet de resterende to variablene, som han kalte memristor. Memristor kan beskrives som en motstand som husker historien, derav sammentrekning "minne motstand." Fungerer dette elementet ved å endre sin motstand i henhold til omfanget av tidligere anvendt spenning og varigheten. Videre beholder memristor sin siste motstand tilstand når spenningen brukes ikke lenger. Kondensator, motstand, og spole er den memristor atferd ikke-lineær, som er tydelig i sin IV profil der en klemt hysteresis loop er dannet under en vekselspenning. Denne løkken tar form av en Lissajous-figur som inneholder to vinkelrett svingninger av høyt og lavt motstandsdyktig stater. Før Chua formaliserte memristance teori, hadde andre forskerne rapportert på minne motstand effekter på visse frekvenser når du eksperimenterer med materialer som polymerer og metalloksider, samt utvikle elektriske enheter på mikrometer skalere2. Men i mange tilfeller ble disse effektene ansett uønsket. Det tok nesten førti år for Chua formalisering kobles til en fysisk enhet og forskere til å begynne å utvikle metoder for å utnytte memristive effekter. Et team ved HP laboratoriene lyktes i å fabrikere en memristive enhet i 20083 som antente enorm interesse i elementet.
Datamaskinen forskere har en ivrig interesse memristor på grunn av det blir kreditert som den første elementet å kombinere behandling og minne evner i én enkelt enhet. Det viser også atferd som er analoge til visse nevrologiske prosesser som topp-Timing-avhengige plastisitet (STDP)4, å nevne en. Slik atferd er gir opphav til perspektiver av hjernen som datateknologi som frafalle skillet mellom minne og prosessorenheten (eller CPU)5. I motsetning til de populære tilnærmingene til å utvikle memristors (med TiO2, for eksempel), er vår ambisjon å utvikle en organisk bio-memristor. Videre er vi interessert i hvordan denne komponenten kan gi måte å utforske paradigmer utover tradisjonelle tilnærminger til utvikling dataenheter; f.ekscreative applikasjoner innen datamaskin musikk6.
Memristance er en effekt som forskere har nylig funnet gjennom en rekke biologiske systemer. For eksempel er memristive egenskaper observert i aloe vera planter7 og menneskelig hud for8å sitere men to. Disse funnene tyder på at det kan være mulig å gjennomføre behandling og minne-enheter på biologiske substratene. Utnytte økologiske systemer teknologi kan tillate oss å utforske spennende konsepter som selvstendig montering selv reparere, lav miljøpåvirkning og selv slå. Før vi kan undersøke disse mulighetene men, må flere utfordringer håndteres. Mange av de biologiske systemene memristive egenskaper ha betydelige begrensninger som begrenser deres levedyktighet som en faktisk elektronisk komponent. For eksempel en aloe vera blad7 trenger lys, har en begrenset levetid, og ville være vanskelig å integrere i en krets. Videre, flere andre i vivo memristive fenomener, som menneskelig svette kanaler8, er ikke for tiden mulig alternativene for å utvikle systemer for bruk utenfor laboratoriet og daglige elektroniske systemer. Men alle memristive fenomener, det er en potensiell kandidat: P. polycephalum.
Plasmodium av P. polycephalum er en amorf encellede system som har blitt oppdaget som en memristive komponent9,10. Denne organismen er en ideell kandidat for forskning i hybrid maskinvare-wetware elektronikk for en rekke årsaker. Først organismen er ikke-patogene, makroskopisk, og krever ingen spesialist bruk, som gjengir plasmodium tilgjengelig for ingeniører og ikke-biologer. Dernest cellen er amorfe danner nettverk av wire som årer og vil vokse på de fleste underlag (figur 1). Disse egenskapene kan cellens morfologi skal angis enkelt for å oppfylle en konvensjonell elektrisk ordningen. Forskning viser at plasmodium kan leve for over fire år11, og at dens årer kan fungere som selvreparasjonsfunksjonene ledende veier12finnes også. Flere laboratoriestudier har bekreftet den organismes memristive evner9,10,13 og nå tiden er moden for å utforske dens potensial.
Ideen om å bruke P. polycephalum memristors er relativt ny. Som et resultat, er det ingen etablert standard for måling og observere elektriske egenskaper. Slik mangel på ensartethet i eksperimentell prosedyrer i samme forskningsgruppen og mellom grupper kan være grunnen til det er uoverensstemmelser blant publisert resultatene9,10. Det er sannsynlig at slike variasjon er mest fremtredende i eksempel vekst forhold og håndtering. Dermed må vi etablere metoder for å produsere og teste P. polycephalum memristors hvor faktorer som kan forårsake feil er bedre kontrolleres og overvåkes.  Videre må vi opprette metoder for implementering av P. polycephalum memristors at og integrasjon i elektriske systemer.
Metoden presentert i dette papiret gir en plattform for utforskning av praktiske anvendelser av P. polycephalum memristors ved å gi måte å innlemme organismen som en komponent i en elektrisk skjematisk. Det er sannsynlig at disse teknikkene vil appellere til ingeniører som ønsker for å utforske reell bruk av hybrid maskinvare-wetware systemer. Videre er det tilgjengelig for ikke-eksperter (f.eks, åpen kildekode elektronisk prototyping entusiaster) som kan være interessert i å eksperimentere med aspekter av ukonvensjonelle databehandling, men har funnet det vanskelig å finne prototyper til å tilpasse seg deres behov. Noen potensielle programmer inneholder implementere probabilistisk modeller utnytte memristors skyter atferd, utvikle tilnærminger til å utføre stateful logic operasjoner, og modellering nevrologiske prosesser for informasjonslagring og behandling.

<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

Vår forskning er rettet mot å få en bedre forståelse av elektroniske egenskapene for organismer å romanen bioelectronic systemer og databehandling arkitekturer basert på biologi. Dette bestemte dokumentet fokuserer på å utnytte encellede Slim mold Physarum polycephalum å utvikle bio-memristors (eller biologiske memristors) og bio-computing enheter. Memristor er en motstand som besitter minne. Det er 4 grunnleggende passiv krets elementet (de tre andre er Motstandsverdien kondensatoren og spole), som er baner vei for design av nye typer datasystemer; f.eksdatamaskiner som kan oppgi skillet mellom lagring og en prosessorenheten. Når den brukes med en AC-spenning, er gjeldende vs spenning karakteristisk for en memristor en klemt hysteresis loop. Det har vist at P. polycephalum produserer klemt hysteresis looper under AC spenninger og viser adaptive atferd som kan sammenlignes med funksjon av en memristor. Dette dokumentet presenterer metoden som vi utviklet for å gjennomføre bio-memristors med P. polycephalum og introduserer utviklingen av en beholder kultur organismen, som forenkler installeringen som en elektronisk krets komponent. Vår metode har vist seg å redusere veksten tid, øke komponent levetid og standardisere elektrisk observasjoner.

For å produsere representant resultater, satt vi opp 5 prøver ved å bruke metoden som beskrevet ovenfor. For en kontroll, var 5 prøvene også arrangert med metoden beskrevet i tidlig P. polycephalum memristor undersøkelser9,10. Her plassert vi to elektroder plassert i en avstand på ~ 10 mm innen 60 mm Petri retter. Hver elektrode besto av en sirkel (~ 20 mm i diameter) av tinned kobbertråd (16 står på 0.2 mm) fylt med en 2% ikke-næringsstoffer deionisert agar (~ 2 mL). Alle prøvene var overvåket via time-lapse bilder se vekst tid. Her, koblet 5 beholder prøvene de to elektrodene i 10t av vaksinering. Den raskeste av disse vokste i under 2 h, og den lengste var 10 h, med tid betyr gjennomsnittlig vekst over alle 5 prøver av 7 h 24 min. Fire kontroll prøvene produsert en kobling protoplasmic rør og en overført av vaksinering elektroden men tørket ut før den nødvendige tilkoblingen. Den raskeste kontroll prøvene gjorde tilkoblingen i 19 h mens den tregeste tok 36 h, med en gjennomsnittlig vekst tid over kontroll prøver av 26 h 15 min. Disse dataene viser en signifikant nedgang i veksten tid for memristors vokst med metoden presentert.
IV profilen til en memristor er den mest definerende trekk. Slik utført vi IV målinger på prøvene å produsere representant resultater for notatet. Her, ble øyeblikkelig gjeldende målingene gjort på hvert punkt på en 160-trinn spenning sinuskurve. Steg spenning hadde en statisk holdetiden av 2 s. elektriske målinger ble gjort ved hjelp av en 230 programmerbare spenningskilde og en 617 programmerbare Electrometer. Disse enhetene ble valgt som de er i stand til sourcing spenning og tar målinger ved høye oppløsninger. Eksperimenter ble utført ved romtemperatur en unlit rommet.
Figur 6 viser typisk IV kurver produsert fra tester på P. polycephalum memristors. Figur 6 c og 6 d Vis tomter med representant målinger fra komponentene gjennomført i Petri retter. Resultatene denne metoden viser at selv om kurver målt på samme prøven morphologically lignende, hysteresis varierer sterkt fra prøve å sample. Slike variasjoner inkluderer plasseringen av knipe poeng, omfanget av både positive og negative fliker og symmetri mellom målinger i negativ og positiv spenning domener. Dermed er IV kurver målt på memristors med metoden Petriskål ikke fotavtrykk av en 'ideelle' memristor fordi knipe poeng ikke er på null utgangsspenning og strøm. Figur 6a og 6b viser grafer med representant mål fra memristors vokst i beholderne. Klype punkt steder og lobe størrelser av disse hysteresis looper er relativt konsistent både i diskret eksempel kurver testet under ulike spenning områder og tid-trinn, og prøve å sample kurver. Derfor var mottaket-V kurver mer minner en 'ideelle' memristor fotavtrykk, hvor knipe poeng var alltid entall og nesten konsekvent null spenning og gjeldende. Men selv om hysteresis morphologies var lignende prøve å sample, var det variasjon i generelle motstand mellom eksempler. .
Etter innledende IV målingene ble fullført, tester ble gjort på hver prøve en gang om dagen før de presenterte ingen memristive kurver. 4 kontroll prøvene, 2 tørket opp innen 2 dager innledende tester, mens de resterende 2 fortsatte å spille klemt kurver for en ytterligere 2 dager. Beholder prøvene opprettholdt sin memristance for minst 7 dager, med 3 prøver overstiger det. Over tid, alle beholder prøvens protoplasmic rør ble tykkere, og det var en nedgang i samlet motstand, med eksempler måling i A x 10-04 området for 10 V kjører mot A x 10-05 i sine tidligere tester.
Leseren henvises til artikkelen Braund14 resultater på omfattende testing av presentert mottaket.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
Figur 1: Et bilde av en 2 dager gamle kultur av plasmodium av P. polycephalum. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
Figur 2: Et skjermbilde av mottaket STL-filen etter at den er lastet inn i kutting programvaren. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
Figur 3: et skjermbilde av elektroden STL-filen etter at den er lastet inn i kutting programvaren. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
Figur 4: Et skjermbilde av innstillinger konfigurasjonen for utskrift elektrode STL modellen.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
Figur 5: To bilder som skildrer P. polycephalum memristors implementert i en Petriskål (venstre) og med metoden presenteres i dette dokumentet (høyre). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
Figur 6: Fire IV grafer som ble produsert fra to memristors vokst i beholderne (a, b) og to i Petri retter (c, d). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
Figur 7: Bilder viser mottaket blir brukt til å vokse rør på ulike lengder.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > Figur 8: bilde viser protoplasmic rør som har blitt koblet fra kamrene.

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 for voksende Bio-memristors fra Slim Mold

Dette papiret introduserer en forbedret metode for voksende bio-memristors av plasmodium av Physarum polycephalum. Slik metode har vist seg å redusere veksten tid, øke komponent levetid, standardisere elektrisk observasjoner og skape et beskyttet miljø som kan integreres i konvensjonelle kretser.

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 trykk-kontrollert Extrusion Metode for utarbeidelse av nanostørrelse Lipid Blemmer

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

Utforme en Bio-responsive 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 fremgangsmåte for fremstillingen av 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 for lokalisering Reporter fluoriserende perler Nær Cell Culture Surface for trekkraft Mikros

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

Biomembranen Fabrication av Løsemiddel assistert lipidbilag (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 rask og kvantitativ fluorimetrisk Metode for Protein-Targeting lite molekyl narkotikaundersøkelser

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

Fleksibel Hydrogeler fra Lunge ekstracellulær matriks for 3D Cell Culture

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

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

En netto Mold-basert metode skaperverket stillaset-fri tredimensjonale hjerte vev

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

Cellen gratis Protein uttrykk ved hjelp av den raskt 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 ...