一种利用黏菌培育生物忆阻器的方法

本实验的总体目标是标准化基于多头绒泡菌（Physarum polycephalum）的忆阻器的制备方法，以推动其在技术中的集成应用。通过这些方法，我们可以开始探索基于多头绒泡菌的元件在实验室之外及真实世界中的实际应用。该技术的主要优势在于，它能将这些元件转化为一种既便于非专业人士使用，又易于整合到分析电路中的形式。

我们最初在开发一种基于多头绒泡菌忆阻器的音乐处理系统以实现实时演奏时，产生了这一方法的构想。为了将基于这些组件的系统应用于实验室以外的环境，必须解决其实用性问题。首先，将高抗冲聚苯乙烯装入3D打印机中。

然后，准备3D打印机以供使用。将打印平台温度设置为85摄氏度，挤出机温度设置为230摄氏度。达到目标温度后，松开惰轮臂，插入线材并向下推动，直至聚苯乙烯从热端挤出。

然后，重新拧紧丝杆惰轮臂，并移除挤出的材料。接下来，在软件控制界面中加载3D插座的STL模型文件。如果可选择高或低打印质量，请选择高质量打印，同时确保已选中正确的材料配置文件。

收集零件后，使用细钢丝刷轻轻清除电极插座上的任何瑕疵，以免影响设备组装。现在，在打印机上将HIPS耗材更换为清洗耗材，并让足量材料通过打印头，以确保彻底清洁。

接下来，将具有低体积电阻率的导电性聚乳酸（PLA）耗材装入打印机。然后，将打印平台温度设置为 60 摄氏度，挤出头温度设置为 230 摄氏度。当温度达到设定值后，挤出数厘米耗材，以确保清除之前使用残留的所有微粒。

现在，加载电极的 STL 文件，并在打印设置中指定层高、壁厚、底部和顶部厚度以及填充密度等所需参数。打印完成后，让电极在打印平台上冷却至室温后再进行操作，以确保部件不会发生翘曲或变形。

组装部件时，首先将电极轻轻插入两个腔室中。插入时不应使用过大力量。接着，使用锋利的手术刀小心切割一段10 mm的PVC管，确保每一处切口平直且整齐。

然后，将 10 mm PVC 管的两端轻轻套在两个电极的边缘上。连接完成后，将两个腔室卡入底座中。预先制备 2% 的非营养琼脂。

当琼脂冷却至约 55°C 时，使用 2 mL 移液器将琼脂转移至容器的各个腔室中。将移液器吸头悬停在表面约 5 mm 上方，缓慢加样至连接管孔的底部，注意避免引入气泡。加样完成后，立即为每个腔室盖上盖子，并将容器放置一旁，直至琼脂完全凝固并达到室温。

然后，在每个培养室的琼脂上放置一片燕麦片。接着，从饥饿培养12小时的原生质团培养物中取出2 mL的伪足团块。为促进快速生长，应尽量从该生物体最活跃的前端区域获取原生质。

这些容器非常坚固，通常在12小时内即可准备就绪并投入使用。一旦黏菌在两个电极之间形成连接，容器即为准备就绪状态。通过透明的PVC管观察该生物体，可轻易判断这一连接是否形成。

按照所述方法制备了五个样品，并通过延时成像监测其生长所需时间。接种后10小时内，所有五个样品均连接了两个电极，其中一个样品在两小时内即完成连接。

忆阻器的电流-电压（IV）特性曲线是其最显著的特征。在160步的电压正弦波的每一步上均进行了瞬时电流测量，每一步电压的静态驻留时间为两秒。

实验在未照明的室内于室温下进行。在不同时间步长和电压范围下测得的单个样品曲线之间，以及样品间的曲线均表现出强相关性。电滞回线的叶瓣尺寸和夹点位置均相对一致。

这让人联想到理想忆阻器的特征，其捏缩点始终是单一的，并且几乎始终位于零电压和零电流处。在完成初始的电流-电压（IV）测量后，对每个样品每天测试一次，直至其无法再呈现出类似忆阻器的数据特征。在五个样品中，所有样品均至少正常工作了七天。

随着时间推移，原生质管逐渐增粗，整体电阻在大约一天内先下降，随后上升，尽管某些样品在早期测试中电流处于10的负5次方量级，但在10伏电压运行期间，部分样品的电流达到10的负4次方量级。观看本视频后，您将能够在不具备资源充足实验室和昂贵设备的情况下，开展生物忆阻器的实验。该技术为非常规计算领域的研究人员探索生物忆阻器在实际应用中的使用铺平了道路。

一旦掌握，受体的制备可在一小时之内完成，且生长过程将在12小时内结束。在进行该操作时，需注意生长速度在很大程度上取决于多头绒泡菌（Physarum polycephalum）培养物的状态。在完成该操作后，可进一步开展实验，以回答其他问题，例如：多头绒泡菌（Physarum polycephalum）忆阻现象背后的生物学机制是什么？