Un metodo per la coltivazione Bio-memristors da muffa di melma

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di standardizzare l'implementazione dei memristori basati su Physarum polycephalum, per iniziare a facilitare la loro integrazione nella tecnologia. Utilizzando questi metodi possiamo iniziare a studiare le applicazioni pratiche dei componenti a base di Physarum polycephalum, al di fuori del laboratorio e nel mondo reale. Il vantaggio principale di questa tecnica è che rende i componenti in una forma accessibile ai non esperti e fattibile da integrare in uno schema analitico.

Abbiamo avuto l'idea di questo metodo per la prima volta quando abbiamo sviluppato un sistema di elaborazione musicale che sfruttava i memristori basati sul Physarum polycephalum per prestazioni in tempo reale. Sviluppando un sistema basato su questi componenti per l'esterno del laboratorio, è stato necessario affrontare questioni di praticità. Per iniziare, carica prima il polistirene ad alto impatto nella stampante 3D.

Quindi, prepara la stampante 3D per l'uso. Imposta la temperatura del piano di stampa a 85 gradi Celsius e l'estrusore a 230 gradi Celsius. Una volta raggiunta la temperatura target, allentare il braccio tenditore, inserire il filamento e spingere verso il basso, fino a quando il polistirene non viene estruso dall'estremità calda.

Quindi, serrare nuovamente il braccio tenditore del filamento e rimuovere il materiale estruso. Successivamente, nel controllo software, caricare il file del modello STL per la presa 3D. E se ci sono qualità di stampa alte o basse tra cui scegliere, fai in modo che la stampa sia di alta qualità, assicurandoti anche che venga selezionato il profilo del materiale corretto.

Dopo aver raccolto le parti, utilizzare una spazzola metallica sottile per pulire delicatamente l'alloggiamento dell'elettrodo da eventuali imperfezioni che potrebbero interferire nell'assemblaggio del dispositivo. Ora, sulla stampante, sostituisci il filamento HIPS con un filamento di pulizia. E far scorrere un ampio volume di materiale attraverso la testina di stampa per garantire una pulizia accurata.

Quindi, caricare la stampante con un filamento di acido polilattico elettricamente conduttivo con una bassa resistività di volume. Quindi, impostare la temperatura del piano di stampa a 60 gradi Celsius e l'estrusore a 230 gradi Celsius. Quando le temperature vengono raggiunte, estrudere diversi centimetri di filamento per garantire che tutti i particolati delle sessioni precedenti vengano rimossi.

Ora, carica il file STL per l'elettrodo e, nelle impostazioni di stampa, specifica le impostazioni richieste per l'altezza dello strato, lo spessore del ripiano, gli spessori inferiore e superiore e la densità di riempimento. Una volta stampati, lasciare raffreddare gli elettrodi a temperatura ambiente sul piano di stampa prima di maneggiarli. Ciò garantisce che la parte non si deformi e non si deformi.

Per assemblare le parti, prima far scorrere delicatamente l'elettrodo in ciascuna delle due camere. Dovrebbe entrare senza troppa forza. Quindi, usando un bisturi affilato, taglia con cura un pezzo di tubo in PVC da 10 mm, rendendo ogni taglio dritto e pulito.

Quindi, allentare delicatamente ciascuna estremità del tubo in PVC da 10 mm sul bordo dei due elettrodi. Una volta collegate, agganciare le due camere alla base. In preparazione, prepara il due percento di agar non nutriente.

Una volta che l'agar si è raffreddato a circa 55 gradi Celsius, utilizzare una pipetta da 2 ml per trasferire l'agar nelle camere del recipiente. Posizionare il pennino della pipetta a circa 5 mm sopra la superficie e riempire lentamente i pozzetti fino al fondo del foro del tubo di collegamento, facendo attenzione che non vengano introdotte bolle d'aria. Subito dopo aver riempito i pozzetti, mettere un coperchio su ciascuna delle camere e mettere da parte il recipiente fino a quando l'agar non si è solidificato e ha raggiunto la temperatura ambiente.

Quindi, metti un fiocco d'avena sull'agar in ogni camera. Quindi, rimuovere un blob da 2 ml di pseudopodi da una coltura di plasmodio affamata per 12 ore. Per favorire una crescita rapida, prova a prelevare il protoplasma dalla parte anteriore più attiva dell'organismo.

Questi recipienti sono abbastanza robusti e dovrebbero essere pronti per l'uso entro 12 ore. I recipienti sono pronti una volta che il plasmodio ha creato una connessione tra i due elettrodi. Questo può essere facilmente distinto esaminando l'organismo attraverso il tubo in PVC trasparente.

Cinque campioni sono stati preparati come descritto e monitorati tramite immagini time-lapse per rivedere il loro tempo di crescita. Entro 10 ore dall'inoculazione, tutti e cinque i campioni hanno collegato i due elettrodi. Uno lo ha fatto in meno di due ore.

Il profilo IV del nostro memristor è la sua caratteristica più distintiva. Le misurazioni istantanee della corrente sono state effettuate in ogni punto di un'onda del segno di tensione a 160 passi. Ogni passo di tensione aveva un tempo di permanenza statico di due secondi.

Gli esperimenti sono stati condotti a temperatura ambiente in una stanza non illuminata. C'era una forte relazione tra le curve dei singoli campioni misurate a diversi intervalli di tempo e di tensione e nelle curve da campione a campione. Le anse di isteresi avevano dimensioni dei lobi relativamente coerenti e posizioni di pizzicamento.

Questo ricorda l'ingombro ideale del memristor in cui i punti di schiacciamento sono sempre singolari e quasi costantemente a tensione e corrente zero. Dopo che le misurazioni iniziali IV sono state completate, sono stati effettuati test su ciascun campione una volta al giorno, fino a quando non sono riusciti a presentare i dati in modo simile a un memristor. Dei cinque campioni, tutti hanno funzionato per almeno sette giorni.

Nel corso del tempo, i tubi protoplasmatici sono diventati più spessi e c'è stata una diminuzione della resistenza complessiva nell'arco di un giorno o giù di lì, prima di un aumento, con alcuni campioni che misuravano nell'intervallo da 10 a 4 ° negativo per l'amperaggio durante le corse a 10 volt, nonostante corressero nell'intervallo da 10 a 5 ° durante i loro test precedenti. Dopo aver visto questo video, dovresti essere in grado di sperimentare con i memristori biologici senza avere accesso a laboratori ben attrezzati e attrezzature costose. Questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo dell'informatica non convenzionale per esplorare l'uso di memristori biologici in applicazioni pratiche.

Una volta padroneggiati, i recipienti possono essere installati in meno di un'ora e la crescita sarà completata entro 12 ore. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare che la velocità di crescita dipende fortemente dallo stato della coltura di Physarum polycephalum. Seguendo questa procedura, è possibile eseguire ulteriori esperimenti per rispondere a ulteriori domande come: Qual è il meccanismo biologico alla base della memristance del Physarum polycephalum?