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

Denna forskning har finansierats av Plymouth universitetets Institutionen för humaniora och scenkonst. Författarna vill erkänna Functionalize för att tillhandahålla prover av deras ledande PLA.

1. tillverkning av ett 3D tryckta kärl <ol><li>Chambers, lock, och base <ol><li>belastning en 3D skrivare med slagtålig polystyren (HIPS) genom att använda skrivarens gränssnitt att ställa in utskrift säng temperaturen till 85 ° C och extrudern 230 ° c. När temperaturen är uppnådd, lossa lätting armen, sätt glödtråden och tryck ned tills det börjar att pressa ur det varma slutet. Sedan Efterdra glödtråden lätting armen och ta bort det extruderade materialet.</li>
		<li>Importera filen 3D kärl STL modell till en 3D-utskrift skivning programvara, som normalt kan uppnås genom att navigera till fliken Arkiv och välja importera/öppna alternativ ( figur 2).</li>
		<li>Om skivning programvara erbjuder hög och låg kvalitet utskriftsinställningar, Välj hög kvalitet samtidigt garantera att rätt material profil är markerad. 
		Obs: Om utskrift flera kärl i en kör, se till att programvaran är inställd att skriva ut varje objekt en i taget. Om detta steg hoppas över, utskriftskvaliteten kan minskas, vilket sannolikt orsaka tolerans problem vid montering delar tillsammans.</li>
		<li>När utskriften är klar, vänta tills utskrift säng temperaturen är under 50 ° C att ta bort delar.</li>
		<li>Med en tunn trådborste försiktigt rensa elektrod uttaget av defekter som kan orsaka hinder när passande kammaren med en elektrod.</li>
	</ol></li> <li>Elektroder <ol><li>ersätta HÖFTER glödtråden för en rengöring glödtråd och köra massor av materialet genom skrivhuvudet.</li>
		<li>Ladda skrivaren med en elektriskt ledande polylactic acid (PLA) glödtråden som har en volym resistivitet av 0,75 Ω-cm.</li>
		<li>Ställa in utskrift säng temperaturen till 60 ° C och extruder till 230 ° C (se punkt 1.1.1 för vägledning).</li>
		<li>När temperaturen är uppnådd, extrudera flera centimeter glödtrådens genom skrivhuvudet. Denna process kommer att bidra till att alla partiklar från tidigare sessioner tas bort.</li>
		<li>Med hjälp av en 3D-utskrift skivning programvara, Ladda elektrod STL filen ( figur 3).</li>
		<li>i utskriftsinställningarna, ange följande: lager höjd = 0,16 mm, Shell tjocklek = 1,7 mm, botten/topp tjocklek = 0,74 mm, borsttäthet = 100% ( figur 4).</li>
		<li>Om utskrift flera elektroder i en kör, ange att skrivaren ska skriva ut en i taget.</li>
		<li>Väl tryckt, lämna elektroderna på utskriften sängen tills de har svalnat till rumstemperatur. Detta säkerställer delen inte blivit skev och misshaped.</li>
	</ol></li> <li>Kärl församling <ol><li>Slot en elektrod i vardera av de två kammarna. Om steg 1.1.5 har slutförts korrekt, elektroderna ska gå in i kamrarna utan mycket kraft.</li>
		<li>Med en vass skalpell skär en 10 mm bit av polyvinylklorid (PVC) slangar (4 mm innerdiameter och 6 mm ytterdiameter) att ta hand att säkerställa att varje ände har klippts av rakt och renlig.</li>
		<li>Försiktigt lindra varje ände av 10 mm PVC slangen över kanten av de två elektroderna.</li>
		<li>När ansluten, de två kamrarna klipp i basen.</li>
	</ol></li></ol> 2. Kärlet förberedelse och P. polycephalum inympning <ol><li>2% agar medium förberedelse <ol><li>sätta 2 g icke-näringsämne mikrobiologiska agar pulver i en 250 mL glasflaska.</li>
		<li>Tillsätt 100 mL avjoniserat vatten och blanda väl.</li>
		<li>Autoklav flaskan för 12-15 min vid 121 ° C eller plats i kokande vattenbad i 15-20 min.</li>
	</ol></li> <li>Inställning agar substratet in i kärlet &#39; s chambers <ol><li>smälta ägarn med vattenbad eller mikrovågsugn.</li>
		<li>Fyller 2 mL pipett med smält agar.</li>
		<li>Fylla varje kärlets &#39; s kamrarna genom att hovra nib i pipetten ca 5 mm ovanför inre basen och sakta fylla brunnarna upp till botten av den anslutande röret hål.</li>
		<li>Omedelbart efter fylla brunnarna, Lägg ett lock på var och en av kamrarna och avsätta kärlet tills ägarn har satt och nått rumstemperatur.</li>
	</ol></li> <li>P. polycephalum inympning <ol><li>Placera en havre flake i var och en av de två kammarna.</li>
		<li>Ta bort en 2 mL klump av pseudopods från ett svalt (ca 12 h) kultur av plasmodium och placera den i en av de två kamrarna. För att främja snabb tillväxt, försöka ta protoplasma från de mest aktiva främre 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>

Författarna har något att avslöja.

Detta paper presenterat en metod för att odla memristors ur myxomycete P. polycephalum. Organismen odlas släpper 3D tryckta kärl som var avsedda att övervinna några av de begränsningar som är associerade med att implementera den bio-memristors. Sådana begränsningar inkluderar ställtid, prov tillväxt tid och brist på standardisering för prov till prov tillväxt villkorar och elektriska observationer.
Våra kärl avslöjades först i 2015 i den tryckt reklammaterial för halvön Arts Contemporary Music Festival 2016 (PACMF) och respektive webbplats15. Här, användes vår teknik för att utveckla ett hybrid hårdvara-bioware interaktiv musiksystem som kan generera musikackompanjemang levande musiker. I referens14, vi rapporterade om omfattande testning av våra kärl och jämfört resultaten mot föregående metoder9,10. Efter denna utveckling, en annan grupp av forskare undersökte därefter skapa tillväxt miljöer för att studera organismens thermistive boenden16, men dessa är inte samma som memristive egenskaper. Det har dock bara varit två andra försök till att utveckla en kontrollerad metod att genomföra P. polycephalum memristors13,17. I dessa experiment, brunnar har gjorts från en gel-liknande biokompatibla elastomer material som heter Polydimetylsiloxan (PDMS) och elektroder har skapats med hjälp av olika metaller eller poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS). Även om dessa material används rutinmässigt i elektronik, mikrofluidik och bionic teknik, de är dyra och kräver viss expertis att använda. Till exempel behöver PEDOT:PSS spin-beläggning och dopning att förbättra dess ledningsförmåga. Teknikerna är därför utom räckhåll för personer som inte har tillgång till specialiserade resurser. De kärl som presenteras i denna artikel använder metoder och material som är lätt åtkomliga och billig. Designen ger dessutom en gynnsam miljö för plasmodium till habitat, som står i kontrast till de andra P. polycephalum memristorn prototyperna där inga försök gjordes att håller cellen vid liv under någon tid.
Hittills har det varit svårt att få konsekvent I-V mätningar med föregående metoder för odling av skadegöraren på petriskålar (figur 5, vänster). Våra metoder förbättras detta scenario betydligt (figur 6). Resultaten av våra kärl testning har visat att utformningen har minskade tillväxt tid, ökad livslängd, standardiserad komponent svaren och skapade en skyddad närmiljön för att kapsla in organismen. Enheten är dessutom möjliga medel för att integrera organismen som beståndsdel i ett elektriskt system.
Den presenterade metoden lindrar ett antal frågor relaterade till att utnyttja P. polycephalum memristors inom elektriska system. Det finns dock begränsningar som kräver ytterligare forskning och utveckling. För det första kan kondens samlas på Anslutningsrörets inre ytan om kärlen utsätts för en snabb förändring av temperatur eller om en hög spänning för långa löptider. Det senare beror på organismens hög motståndskraft orsakar elektrisk energi överförs till värme. Om betydande, kan kondens skapa en låg resistenta väg mellan de två elektroderna i vardera änden av anslutningsröret. Denna begränsning kan hanteras effektivt genom att säkerställa att memristors inte överbelastas. För det andra, det totala motståndet av memristors som framställs med denna metod kan variera från komponent-till-komponent. Sådant fenomen kan vara ett resultat av den strategi som inte begränsar den yttre diametern av protoplasmic röret. Följaktligen kan användare behöva införliva en kalibrering i sin tillämpning av memristors.
Tack vare denna metod, kan vi nu börja att studera de biologiska processer som orsakar memristive observationer i P. polycephalum. Det är troligt att sådana processer har dynamiska parametrar som vi skulle kunna utnyttja att öka elementets användning. Vi har börjat köra några preliminära experiment där extracellulära jonkoncentrationer ändras för att granska om spänningskänsliga jonkanaler spelar en roll i memristance.
Presenterade kärlen var utformade enbart för att genomföra P. polycephalum memristors. Dessa enheter är troligt, men att ha användningsområden utöver att genomföra en enda komponent. Till exempel i referenser12,18studerades protoplasmic röret som en egen montering och självreparerande biologiska tråd. I båda dessa utredningar uttryckte forskarna att det behövdes ytterligare arbete att etablera metoder för växande protoplasmic röret enligt ett schema. Kärlen lagt fram i detta dokument ger en metod av avgränsar produktion av röret mellan två, eller potentiellt mer, punkter. Figur 7 visar två fotografier som illustrerar att kärlen kan användas att växa friska rör på längder mer än 100 mm. I referens18undersöktes överföringsfunktionen för protoplasmic röret. Resultat från denna undersökning visade att ägarn krävs att växa rören kan orsaka ett problem om organismen var att integreras i ett elsystem. Detta beror på substratets kapacitans. De kärl som presenteras här kräver fortfarande agar att hålla luftfuktigheten hög. Dock med små förändringar till kärlets design är det möjligt att skapa en löstagbar tub. Detta Ställ kan möjliggöra röret kopplas från kamrarna när tillväxten är komplett och klippt in i ett elektriskt system. Dessutom när rörets hälsa börjar försämras, kan det återanslutas till nya kammare för mat och respit tills det har reparerat sig själv och kan användas igen. Figur 8 visar ett foto av långa rör som har kopplats från kamrarna. Framtida forskning för att undersöka protoplasmic rörets elektriska egenskaper utan ägarn och när den odlas på längder med metoden presenteras.

Dagens datorer är byggda med de tre två-terminal grundläggande passiva kretselement: kondensatorn, resistorn och induktorn. Passivumbeståndsdelar klarar endast av att splittras eller lagring av energi, inte genererar det. Dessa element var etablerade i den 18: e och 19: e talet och är länkade genom Maxwells ekvationer. Vi definierar var och en av dessa tre delar vad gäller deras relation mellan två av fyra krets variabler nämligen ström (I), spänning (V), laddningen (Q) och flux-koppling (φ). Avgiften är tidsintegralen av nuvarande och Faradays lag definierar spänningen som tidsintegralen av flux. Således, en kondensator definieras av förhållandet mellan spänning och laddning, ett motstånd definieras av förhållandet mellan spänning och ström och induktorn är definierade av förhållandet mellan flux och aktuell. För över ett sekel var dessa faktorer en hörnsten i elektronik. Men representerar de endast tre av de möjliga fyra förhållandet par mellan variablerna krets, lämnar flux-länkage och avgift ej länkade. 1971 publicerade Leon Chua en papper1 där han postulerade att det fanns en fjärde saknas som länkade de återstående två variablerna, som han kallade memristorn. Memristorn kan beskrivas som en resistor som kommer ihåg sin historia, därav contractionen 'minne motstånd.' Denna del fungerar genom att ändra dess motstånd enligt graden av den tidigare tillämpad spänningen och dess varaktighet. Dessutom behåller memristorn sitt sista motstånd tillstånd när spänningen inte längre tillämpas. Till skillnad från den kondensator, motstånd och induktor är den memristorn beteende olinjär, vilket är uppenbart i dess i-V profil där en klämd hysteresis kretsar bildas under en växelspänning. Denna slinga tar form av en lissajouskurva innehållande två vinkelräta svängningar av höga och låga resistenta stater. Innan Chua formaliserade memristance teori, hade andra forskare rapporterat om minne motstånd effekter vid vissa frekvenser när du experimenterar med material såsom polymerer och metalloxider, tillsammans med utveckla elektriska apparater på Mikrometern skala2. Dock i många fall ansågs dessa effekter önskvärt. Det tog nästan fyrtio år för Chua formalisering vara ansluten till en fysisk enhet och för forskare att börja utveckla metoder för att utnyttja memristive effekter. Ett team vid de laboratorier som HP lyckats tillverka en memristive enhet i 20083 som antändes stort intresse i elementet.
Dataloger har ett stort intresse för memristorn på grund av det har krediterats som det första elementet att kombinera bearbetning och minne förmågor i en enda enhet. Den visar även beteenden som är analoga med vissa neurologiska processer såsom Spike-Timing-beroende plasticitet (STDP)4, för att nämna ett. Sådana beteenden ger upphov till perspektiv att bygga hjärnan-liknande datorteknik att avstå från den åtskillnad mellan minne och centralenheten (eller CPU)5. I motsats till de populära metoderna för att utveckla memristors (med TiO2, till exempel), är vår ambition att utveckla en ekologisk bio-memristorn. Dessutom är vi intresserade av hur denna komponent kan tillhandahålla sätt att utforska paradigm bortom konventionella metoder till engineering datorenheter; t.ex., kreativa program i fältet datormusik6.
Memristance är en effekt som nyligen har forskare funnit under en rad biologiska system. Exempelvis har memristive boenden observerats i aloe vera plantor7 och mänsklig hud8, att citera men två. Dessa upptäckter visar att det kan vara möjligt att genomföra behandlingen och minne enheter på biologiskt substrat. Att utnyttja organiska system inom teknik kan tillåta oss att utforska spännande begrepp såsom självmontering, självläkande, låg miljöpåverkan och själv sätta. Innan vi kan undersöka dessa möjligheter emellertid, behöver flera utmaningar åtgärdas. Många av de biologiska system som har memristive egenskaper har betydande restriktioner som begränsar deras livskraft som en faktisk elektronisk komponent. Exempelvis ett aloe vera blad7 behöver ljus, har en begränsad livslängd och skulle vara svårt att integrera i en krets. Dessutom är flera andra i vivo memristive fenomen, såsom mänsklig svett kanaler8, inte närvarande genomförbara alternativ för att utveckla system för användning utanför laboratoriet och i vardagliga elektroniska system. Av alla memristive fenomen, det finns dock en potentiellt kandidatland: P. polycephalum.
Plasmodium av P. polycephalum är en amorf encelliga system som har upptäckt att fungera som en memristive komponent9,10. Denna organism är en idealisk kandidat för forskning om hybrid hårdvara-wetware elektronik för ett antal skäl. För det första organismen är icke-patogena, makroskopiska, och kräver ingen specialist utrustning användning, vilket gör plasmodium tillgängliga för ingenjörer och icke-biologer. För det andra, cellen är amorft, bildar nätverk av tråd-liknande vener och kommer att växa på de flesta underlag (figur 1). Dessa egenskaper kan cellens morfologi för att avgränsas enkelt för att överensstämma med konventionella elektriska system. Det finns också forskning som visar att plasmodium kan leva i över fyra år11och att dess vener kan fungera som självreparerande ledande vägar12. Flera laboratoriestudier har bekräftat organismens memristive förmågor9,10,13 och nu tiden är mogen att utforska dess potential.
Idén att använda P. polycephalum memristors är relativt nytt. Som ett resultat, finns det inga etablerade standarder för att mäta och att observera dess elektriska egenskaper. Sådan brist på enhetlighet i experimentella rutiner inom samma forskargrupp och mellan grupper kan vara anledningen till det finns motsägelser bland publicerade resultat9,10. Det är sannolikt att sådan variation är mest framträdande i provet tillväxt villkorar och hantering. Således måste vi införa metoder för att producera och testa P. polycephalum memristors där faktorer som kan orsaka fel är bättre styrs och övervakas.  Dessutom måste vi skapa metoder för att genomföra P. polycephalum memristors som möjliggör en stabil och lätt integration i elektriska system.
Metoden presenteras i detta dokument ger en plattform för utforskning av praktiska tillämpningar av P. polycephalum memristors genom att tillhandahålla sätt att införliva organismen som en komponent i en elektriska Schematisk. Det är troligt att dessa tekniker kommer att tilltala ingenjörer vill utforska verkliga användning av hårdvara-wetware hybridsystem. Det är dessutom tillgänglig för icke-experter (t.ex., öppen källkod elektroniska prototyping entusiaster) som kan vara intresserad av att experimentera med aspekter av okonventionella computing men har haft svårt att hitta prototyper att anpassa sig till sin behov. Vissa potentiella tillämpningar kan omfatta genomförande probabilistiska modeller att utnyttja den memristors tillsatta beteende, utveckla metoder för att utföra stateful logic operationer, och modellering neurologiska processer för lagring av information och bearbetning.

<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 syftar till att få en bättre förståelse av de elektroniska egenskaperna hos organismer för att ingenjör roman bioelektriska system och beräknande arkitekturer baserat på biologi. Denna specifika uppsats fokuserar på att utnyttja de encelliga slime mold Physarum polycephalum att utveckla bio-memristors (eller biologiska memristors) och bio-computing enheter. Memristorn är ett motstånd som äger minne. Det är 4 grundläggande passiva krets elementet (de tre andra är resistorn, kondensatorn och induktorn), som banar väg för utformningen av nya typer av datorsystem. t.ex., datorer som kan avstå från distinktionen mellan lagring och en centralenhet. När den appliceras med en växelspänning, är nuvarande vs. spänning kännetecken av en memristorn en klämd hysteresis kretsar. Det har visat att P. polycephalum producerar nöp hysteres hällor under AC-spänningar och visar adaptivt beteende som är jämförbar med en memristorn funktionssätt. Detta dokument presenterar metoden som vi utvecklat för att genomföra bio-memristors med P. polycephalum och introducerar utvecklingen av ett kärl till kultur av skadegöraren, vilket underlättar dess distribution som en elektronisk krets komponent. Vår metod har visat sig minska tillväxten, öka komponent livslängd och standardisera elektriska observationer.

För att producera representativa resultat, satt vi upp 5 prover med exakta metoden som beskrivs ovan. För en kontroll arrangerades också 5 prover med metoden som beskrivs i de tidiga P. polycephalum memristorn utredningar9,10. Här, placerade vi två elektroder placerade på ett avstånd av ~ 10 mm inom 60 mm petriskålar. Varje elektrod bestod av en cirkel (~ 20 mm i diameter) med förtent koppartråd (16 står på 0,2 mm) fylld med en 2% icke-näringsämne avjoniserat agar (~ 2 mL). Alla prover var övervakas via time-lapse bildspråk att granska tillväxt tid. 5 kärl proverna ansluten här, de två elektroderna inom 10 h av inympningen. Snabbast av dessa växte i under 2 h, och den längsta var 10 h, med genomsnittlig genomsnittlig tillväxt tid över alla 5 prover av 7 h 24 min. Fyra av kontrollprover produceras en länkning protoplasmic tube och en propageras av inympningen elektroden men torkas innan det gjorde krävs anslutning. Den snabbaste av kontrollprover gjorde dess anslutning inom 19 h medan den långsammaste tog 36 h, med en genomsnittlig tillväxt tid över kontrollprov av 26 h 15 min. Dessa data visar en signifikant minskning i tillväxt tid för memristors vuxit med hjälp av denna metod.
-V profil en memristorn är dess mest definierande funktion. Som sådan, utfört vi i-V mätningar av proven representativa resultat för detta papper. Här, gjordes momentana nuvarande mätningarna vid varje punkt i en 160-steg spänningen sinusvåg. Varje spänning steg hade en statisk dröjtiden 2 s. elektriska mätningar gjordes med 230 programmerbara spänningskälla och en 617 programmerbara elektrometer. Dessa enheter valdes som de klarar av att sourcing spänning och ta mätningar vid höga upplösningar. Experiment utfördes vid rumstemperatur i ett släckt rum.
Figur 6 visar typiska I-V kurvor produceras från tester på P. polycephalum memristors. Figur 6 c och 6 d visar tomter med de representativa mätningarna från komponenter implementeras i Petriskålarna. Resultat med den här metoden visar att, även om kurvor mätt på samma prov är morfologiskt liknande, hysteres varierar kraftigt från prov till prov. Sådan variation omfattar platsen för nypa punkter, omfattningen av både positiva och negativa lober och symmetrin mellan mätningar i negativa och positiva spänning domäner. Således är-V kurvor mätt på memristors med metoden petriskål inte fotavtryck av en 'idealisk' memristorn eftersom nypa pekar inte på noll spänning och ström. Figur 6a och 6b visar grafer med representativa mätningar från memristors odlas i kärlen. Nypa punkt platserna och LOB storlekar av dessa hysteres loopar är relativt konsekvent både i diskreta prov kurvor testade under olika spänningsområden och tid-steg, och prov till prov kurvor. Kärl-V kurvor var därför mer som påminner om en 'idealisk' memristorn fotavtryck, nypa punkter var alltid singular och nästan genomgående på noll spänning och ström. Men även om hysteres morfologier var liknande prov till prov, fanns det variation i totala resistansen mellan prover. .
Efter inledande-V mätningarna slutfördes, tester har gjorts på varje prov en gång om dagen tills de presenterade inga memristive kurvor. Av 4 kontrollprover, 2 torkat upp inom 2 dagar efter första provning, medan de återstående 2 fortsatte att spela in nöp kurvor i ytterligare 2 dagar. Kärlet proverna underhålls deras memristance för minst 7 dagar, med 3 prov överstiger. Över tid, varje kärl provets protoplasmic rören blev tjockare, och det fanns en minskning av totala motstånd, med några prover mätning i A x 10-04 intervallet för 10 V kör mot A x 10-05 i sina tidigare tester.
Hänvisas till artikeln av Braund14 för resultat på de omfattande tester som presenterade kärlet.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig1.jpg"> 
Figur 1: Ett fotografi av en 2 dagar gamla kultur av plasmodium av P. polycephalum. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig2.jpg"> 
Figur 2: En skärmdump av kärl STL filen när det har laddats i programvaran skivning. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig3.jpg"> 
Figur 3: en skärmdump av elektroden STL filen när det har laddats i programvaran skivning. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig3large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig4.jpg"> 
Figur 4: En skärmdump av konfigurationen av inställningar för utskrift elektrod STL modellen.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig5.jpg"> 
Figur 5: Två fotografier föreställande P. polycephalum memristors implementerats i en petriskål (vänster) och med hjälp av metoden som presenteras i detta dokument (höger). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig5large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig6.jpg"> 
Figur 6: Fyra-V grafer som producerades från två memristors odlas i kärlen (a, b) och två genomförs i petriskålar (c, d). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56076/56076fig6large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig7.jpg"> 
Figur 7: Fotografier visar kärlet används att växa rör i olika längder.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56076/56076fig8.jpg"> / > Figur 8: ett foto som visar protoplasmic rör som har kopplats från kamrarna.

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 metod för att odla Bio-memristors från Slime Mold

Detta paper introducerar en förbättrad metod för odling av bio-memristors ur plasmodium av Physarum polycephalum. En sådan metod har visat sig minska tillväxten, öka komponent livslängd, standardisera elektriska observationer och skapa en skyddad miljö som kan integreras i konventionella kretsar.

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

En metod för äggblåsa Inkapsling och kultur i ett Proteolytically Nedbrytbara 3 dimensionellt 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 tryck kontrollerad Extrusion metod för framställning av Nano-storlek lipidvesiklar

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

Designa en Bio-lyhörd robot från 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 förbättrad metod för framställning av typ I kollagen från huden

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 metod för att lokalisera Reporter Fluorescent Pärlor Nära Cell Culture Yta för Traction Force 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 av lösningsmedel assisterad lipiddubbelskiktet (SALB) Metod

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 snabb och kvantitativ Fluorimetrisk metod för Protein-inriktning Small Molecule drogundersökning

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

Avstämbar Hydrogeler från Lung Extracellulär Matrix för 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 mögel-baserade metod byggnadsställning-fri tredimensionella hjärtvävnad skapelsens

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

Cellfria Protein uttryck med den snabbt växande bakterien 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 ...