Un método para el cultivo de Bio-memristores de molde de limo

El objetivo general de este procedimiento es estandarizar la implementación de memristores basados en Physarum polycephalum, para comenzar a facilitar su integración en la tecnología. Con estos métodos podemos comenzar a investigar las aplicaciones prácticas de los componentes basados en Physarum polycephalum, fuera del laboratorio y en el mundo real. La principal ventaja de esta técnica es que convierte los componentes en una forma que es accesible para los no expertos y factible de integrar en un esquema analítico.

La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando desarrollamos un sistema de procesamiento musical que aprovechaba los memristores basados en Physarum polycephalum para el rendimiento en tiempo real. Al desarrollar un sistema que se basara en estos componentes para fuera del laboratorio, se tuvieron que abordar cuestiones de practicidad. Para empezar, primero cargue el poliestireno de alto impacto en la impresora 3D.

A continuación, prepare la impresora 3D para su uso. Ajuste la temperatura de la cama de impresión a 85 grados centígrados y el extrusor a 230 grados centígrados. Una vez alcanzadas las temperaturas objetivo, afloje el brazo tensor, inserte el filamento y empuje hacia abajo, hasta que el poliestireno salga del extremo caliente.

A continuación, vuelva a apretar el brazo tensor del filamento y retire el material extruido. A continuación, en el control de software, cargue el archivo de modelo STL para el receptáculo 3D. Y si hay calidades de impresión altas o bajas para elegir, haga que la impresión sea de alta calidad, al mismo tiempo que se asegura de seleccionar el perfil de material correcto.

Después de recoger las piezas, use un cepillo de alambre delgado para limpiar suavemente el casquillo del electrodo de cualquier imperfección que pueda interferir en el ensamblaje del dispositivo. Ahora, en la impresora, sustituya el filamento HIPS por un filamento de limpieza. Y pase un amplio volumen de material a través del cabezal de impresión para garantizar una limpieza a fondo.

A continuación, cargue la impresora con un filamento de ácido poliláctico conductor de electricidad que tenga una resistividad de volumen bajo. A continuación, ajusta la temperatura de la cama de impresión a 60 grados centígrados y el extrusor a 230 grados centígrados. Cuando se alcancen las temperaturas, extruya varios centímetros del filamento para ayudar a garantizar que se eliminen todas las partículas de las sesiones anteriores.

Ahora, cargue el archivo STL para el electrodo y, en la configuración de impresión, especifique la configuración requerida para la altura de la capa, el grosor del estante, los espesores inferior y superior y la densidad de relleno. Una vez impresos, deje que los electrodos se enfríen a temperatura ambiente en la cama de impresión antes de manipularlos. Esto asegura que la pieza no se deforme ni se deforme.

Para ensamblar las piezas, primero deslice suavemente el electrodo en cada una de las dos cámaras. Debería entrar sin mucha fuerza. A continuación, con un bisturí afilado, corte con cuidado un trozo de tubo de PVC de 10 mm, haciendo que cada corte sea recto y limpio.

A continuación, coloque suavemente cada extremo del tubo de PVC de 10 mm sobre el borde de los dos electrodos. Una vez conectadas, enganche las dos cámaras en la base. En la preparación, haga agar al dos por ciento sin nutrientes.

Una vez que el agar se haya enfriado a unos 55 grados centígrados, utilice una pipeta de 2 ml para transferir el agar a las cámaras del receptáculo. Pase el puntito de la pipeta a unos 5 mm por encima de la superficie y llene lentamente los pocillos hasta el fondo del orificio del tubo de conexión, teniendo cuidado de asegurarse de que no se introduzcan burbujas de aire. Inmediatamente después de llenar los pocillos, coloque una tapa en cada una de las cámaras y deje el receptáculo a un lado hasta que el agar se haya endurecido y alcanzado la temperatura ambiente.

A continuación, coloca un copo de avena sobre el agar de cada cámara. A continuación, extraiga una masa de 2 ml de pseudópodos de un cultivo de plasmodio sin presencia durante 12 horas. Para promover un crecimiento rápido, trate de tomar el protoplasma de la parte anterior más activa del organismo.

Estos receptáculos son bastante robustos y deberían estar listos para su uso en 12 horas. Los receptáculos están listos una vez que el plasmodio ha forjado una conexión entre los dos electrodos. Esto se puede distinguir fácilmente examinando el organismo a través del tubo de PVC transparente.

Se prepararon cinco muestras como se describe y se monitorearon a través de imágenes de lapso de tiempo para revisar su tiempo de crecimiento. Dentro de las 10 horas posteriores a la inoculación, las cinco muestras conectaron los dos electrodos. Uno lo hizo en menos de dos horas.

El perfil IV de nuestro memristor es su característica más definitoria. Se realizaron mediciones instantáneas de corriente en cada punto de una onda de signo de voltaje de 160 pasos. Cada paso de voltaje tenía un tiempo de permanencia estática de dos segundos.

Los experimentos se llevaron a cabo a temperatura ambiente en una habitación sin luz. Hubo una fuerte relación en las curvas de una sola muestra medidas en diferentes pasos de tiempo y rangos de voltaje y en las curvas de muestra a muestra. Los bucles de histéresis tenían tamaños de lóbulos relativamente consistentes, así como ubicaciones de pellizco.

Esto es una reminiscencia de la huella ideal del memristores, donde los puntos de pellizco son siempre singulares y casi consistentes a voltaje y corriente cero. Una vez completadas las mediciones intravenosas iniciales, se realizaron pruebas en cada muestra una vez al día, hasta que no lograron presentar los datos de una manera similar a un memristor. De las cinco muestras, todas funcionaron durante al menos siete días.

Con el tiempo, los tubos protoplásmicos se volvieron más gruesos y hubo una disminución en la resistencia general durante un día más o menos, antes de un aumento, con algunas muestras midiendo en el rango de 10 a negativo para el amperaje durante carreras de 10 voltios, a pesar de correr en el rango de 10 a negativo durante sus pruebas anteriores. Después de ver este video, debería poder experimentar con memristores biológicos sin tener acceso a laboratorios con buenos recursos y equipos costosos. Esta técnica ha allanado el camino para que los investigadores en el campo de la computación no convencional exploren el uso de memristores biológicos en aplicaciones prácticas.

Una vez dominados, los receptáculos se pueden configurar en menos de una hora y el crecimiento se completará en 12 horas. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que la velocidad de crecimiento depende en gran medida del estado del cultivo de Physarum polycephalum. Siguiendo este procedimiento, se pueden realizar más experimentos para responder a preguntas adicionales como: ¿Cuál es el mecanismo biológico detrás de la memristancia de Physarum polycephalum?