Een methode voor het kweken van Bio-memristors uit Slime schimmel

Het algemene doel van deze procedure is om de implementatie van Physarum polycephalum-gebaseerde memristors te standaardiseren, om hun integratie in technologie te beginnen vergemakkelijken. Met behulp van deze methoden kunnen we beginnen met het onderzoeken van de praktische toepassingen van Physarum polycephalum-gebaseerde componenten, buiten het laboratorium en in de echte wereld. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het de componenten omzet in een vorm die zowel toegankelijk is voor niet-experts als haalbaar om te integreren in een analytisch schema.

We kwamen voor het eerst op het idee voor deze methode toen we een muzikaal verwerkingssysteem ontwikkelden dat Physarum polycephalum-gebaseerde memristors gebruikte voor real-time prestaties. Door een systeem te ontwikkelen dat gebaseerd was op deze componenten voor buiten het laboratorium, moesten praktische problemen worden aangepakt. Om te beginnen, laadt u het high-impact polystyreen in de 3D-printer.

Bereid vervolgens de 3D-printer voor gebruik voor. Stel de temperatuur van het printbed in op 85 graden Celsius en de extruder op 230 graden Celsius. Zodra de doeltemperaturen zijn bereikt, maakt u de idler arm los, plaatst u de filament, en drukt u naar beneden tot het polystyreen uit de hot end komt.

Draai vervolgens de filament idler arm weer vast en verwijder het geëxtrudeerde materiaal. Vervolgens, in de softwarebesturing, laadt u het STL-modelbestand voor de 3D-receptakel. En als er hoge of lage afdrukkwaliteiten zijn om uit te kiezen, maakt u de afdruk in hoge kwaliteit, terwijl u er ook voor zorgt dat het juiste materiaalprofiel is geselecteerd.

Na het verzamelen van de onderdelen, gebruikt u een dunne draadborstel om voorzichtig eventuele onvolkomenheden in de elektrode-aansluiting te verwijderen die het assembleren van het apparaat kunnen verstoren. Nu, op de printer, vervangt u het HIPS-filament door een reinigingsfilament. En laat u een voldoende volume materiaal door de printkop lopen om een grondige reiniging te garanderen.

Laad vervolgens de printer met een elektrisch geleidend polymelkzuurfilament met een lage volumeweerstand. Stel vervolgens de temperatuur van het printbed in op 60 graden Celsius en de extruder op 230 graden Celsius. Wanneer de temperaturen zijn bereikt, extrudeert u enkele centimeters van het filament om ervoor te zorgen dat alle deeltjes van eerdere sessies worden verwijderd.

Laad nu het STL-bestand voor de elektrode en specificeer in de afdrukinstellingen de vereiste instellingen voor de laaghoogte, plankdikte, bodem- en topdikte en de vuldichtheid. Laat de elektroden na het afdrukken afkoelen tot kamertemperatuur op het printbed voordat u ze hanteert. Dit zorgt ervoor dat het onderdeel niet vervormd en misvormd raakt.

Om de onderdelen te assembleren, schuift u voorzichtig de elektrode in elk van de twee kamers. Het zou zonder veel kracht moeten gaan. Vervolgens snijdt u met een scherp scalpel voorzichtig een 10 mm stuk PVC-buis, waarbij u elke snede recht en schoon maakt.

Breng vervolgens voorzichtig elk uiteinde van de 10 mm PVC-buis over de rand van de twee elektroden. Eenmaal verbonden, klikt u de twee kamers in de basis. Maak als voorbereiding twee procent non-nutrient agar.

Zodra de agar is afgekoeld tot ongeveer 55 graden Celsius, gebruikt u een 2 ml pipet om agar over te brengen naar de kamers van de receptakels. Houdt u de punt van de pipet ongeveer 5 mm boven het oppervlak en vult u de putjes langzaam tot aan de bodem van het gat van de verbindingsbuis, waarbij u ervoor zorgt dat er geen luchtbellen worden geïntroduceerd. Plaats onmiddellijk na het vullen van de putjes een deksel op elk van de kamers en zet de receptakels opzij totdat de agar is gestold en kamertemperatuur heeft bereikt.

Plaats vervolgens een havervlokken op de agar in elke kamer. Vervolgens verwijdert u een 2 ml-klodder pseudopods uit een 12 uur uitgehongerd plasmodium-cultuur. Om snelle groei te bevorderen, probeert u het protoplasma te nemen van de meest actieve voorkant van het organisme.

Deze receptakels zijn vrij robuust en zouden binnen 12 uur klaar voor gebruik moeten zijn. Receptakels zijn klaar zodra het plasmodium een verbinding heeft gesmeed tussen de twee elektroden. Dit kan gemakkelijk worden onderscheiden door het organisme door de heldere PVC-buis te bekijken.

Vijf monsters werden bereid zoals beschreven en gemonitord via time-lapse beelden om hun groeitijd te beoordelen. Binnen 10 uur na inoculatie verbonden alle vijf monsters de twee elektroden. Een deed dat in minder dan twee uur.

Het IV-profiel van onze memristor is zijn meest kenmerkende eigenschap. Momentane stroommetingen werden gedaan op elk punt van een 160-stappen voltage-golfvorm. Elke spanningsstap had een statische verblijftijd van twee seconden.

De experimenten werden uitgevoerd bij kamertemperatuur in een onverlichte ruimte. Er was een sterke relatie in enkele monstercurves gemeten bij verschillende tijdstippen en spanningsbereiken en in monsters-naar-monsters-curven. Hystereselussen hadden relatief consistente lobgrootten evenals knokkellocatie.

Dit doet denken aan de ideale memristor-voetafdruk waarbij knelpunten altijd enkelvoudig zijn en bijna consistent op nul spanning en stroom. Nadat de eerste IV-metingen waren voltooid, werden er tests uitgevoerd op elk monster eenmaal per dag, totdat ze niet langer gegevens presenteerden op een memristor-achtige manier. Van de vijf monsters functioneerden ze allemaal minimaal zeven dagen.

Na verloop van tijd werden de protoplasmatische buizen dikker en was er een afname in de totale weerstand gedurende een dag of zo, voordat er een toename was, met sommige monsters die 10 tot de negatieve 4e waarde voor stroomsterkte meten tijdens 10 volt runs, ondanks dat ze in de 10 tot de negatieve 5e waarde liepen tijdens hun eerdere tests. Na het bekijken van deze video, zou u in staat moeten zijn om te experimenteren met biologische memristors zonder toegang tot goed uitgeruste laboratoria en dure apparatuur. Deze techniek heeft de weg ge