Metoda hodowli bio-memrystorów z pleśni śluzowej

Ogólnym celem tej procedury jest standaryzacja implementacji memrystorów opartych na Physarum polycephalum, aby ułatwić ich integrację z technologią. Korzystając z tych metod, możemy rozpocząć badania nad praktycznymi zastosowaniami składników na bazie Physarum polycephalum, zarówno poza laboratorium, jak i w świecie rzeczywistym. Główną zaletą tej techniki jest to, że przekształca komponenty w formę, która jest zarówno dostępna dla osób niebędących ekspertami, jak i możliwa do zintegrowania ze schematem analitycznym.

Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej metody, gdy opracowaliśmy system przetwarzania muzyki, który wykorzystywał memrystory oparte na Physarum polycephalum do występów w czasie rzeczywistym. Opracowując system oparty na tych komponentach do użytku poza laboratorium, trzeba było zająć się kwestiami praktycznymi. Aby rozpocząć, najpierw załaduj polistyren udarowy do drukarki 3D.

Następnie przygotuj drukarkę 3D do użycia. Ustaw temperaturę stołu roboczego na 85 stopni Celsjusza, a ekstrudera na 230 stopni Celsjusza. Po osiągnięciu docelowych temperatur poluzuj ramię napinające, włóż filament i dociśnij, aż polistyren wysunie się z gorącego końca.

Następnie ponownie dokręć ramię dociskowe filamentu i usuń wytłaczany materiał. Następnie w kontrolce oprogramowania załaduj plik modelu STL dla gniazda 3D. A jeśli do wyboru są wysokie lub niskie jakości druku, zadbaj o wysoką jakość druku, jednocześnie upewniając się, że wybrano odpowiedni profil materiałowy.

Po zebraniu części za pomocą cienkiej szczotki drucianej delikatnie oczyść gniazdo elektrody z wszelkich niedoskonałości, które mogą przeszkadzać w montażu urządzenia. Teraz w drukarce wymień filament HIPS na filament czyszczący. Przepuść przez głowicę drukującą dużą ilość materiału, aby zapewnić dokładne czyszczenie.

Następnie załaduj drukarkę przewodzącym prąd elektryczny włóknem kwasu polimlekowego o niskiej rezystywności objętościowej. Następnie ustaw temperaturę stołu roboczego na 60 stopni Celsjusza, a ekstrudera na 230 stopni Celsjusza. Gdy temperatura zostanie osiągnięta, wyciśnij kilka centymetrów filamentu, aby upewnić się, że wszystkie cząstki z poprzednich sesji zostaną usunięte.

Teraz załaduj plik STL dla elektrody i w ustawieniach drukowania określ wymagane ustawienia wysokości warstwy, grubości półki, grubości dolnej i górnej części oraz gęstości wypełnienia. Po wydrukowaniu poczekaj, aż elektrody ostygną do temperatury pokojowej na stole roboczym przed ich obsługą. Dzięki temu część nie zostanie wypaczona i zniekształcona.

Aby zmontować części, najpierw delikatnie wsuń elektrodę do każdej z dwóch komór. Powinien wejść bez użycia siły. Następnie za pomocą ostrego skalpela ostrożnie przetnij 10-milimetrowy kawałek rurki PVC, dzięki czemu każde cięcie będzie proste i czyste.

Następnie delikatnie poluzuj każdy koniec rurki PVC o średnicy 10 mm nad krawędzią dwóch elektrod. Po połączeniu przypnij dwie komory do podstawy. W przygotowaniu przygotuj dwa procent agaru nieodżywczego.

Gdy agar ostygnie do około 55 stopni Celsjusza, użyj pipety o pojemności 2 ml, aby przenieść agar do komór pojemnika. Zawieś końcówkę pipety około 5 mm nad powierzchnię i powoli napełnij studzienki aż do dna otworu rurki łączącej, uważając, aby nie dostały się pęcherzyki powietrza. Natychmiast po napełnieniu studzienek należy nałożyć pokrywę na każdą z komór i odstawić pojemnik na bok, aż agar stwardnieje i osiągnie temperaturę pokojową.

Następnie umieść płatki owsiane na agarze w każdej komorze. Następnie usuń jedną 2 ml plamę pseudopodów z 12-godzinnej zagłodzonej kultury plasmodium. Aby przyspieszyć wzrost, spróbuj pobrać protoplazmę z najbardziej aktywnej przedniej części organizmu.

Pojemniki te są dość wytrzymałe i powinny być gotowe do użycia w ciągu 12 godzin. Pojemniki są gotowe, gdy zarodźce nawiążą połączenie między dwiema elektrodami. Można to łatwo odróżnić, badając organizm przez przezroczystą rurkę z PVC.

Pięć próbek przygotowano zgodnie z opisem i monitorowano za pomocą zdjęć poklatkowych w celu sprawdzenia ich czasu wzrostu. W ciągu 10 godzin od inokulacji wszystkie pięć próbek połączyło dwie elektrody. Jeden z nich zrobił to w mniej niż dwie godziny.

Profil dożylny naszego memrystora jest jego najbardziej charakterystyczną cechą. Pomiary prądu chwilowego wykonano w każdym punkcie 160-stopniowej fali znaku napięcia. Każdy stopień napięcia miał statyczny czas przebywania wynoszący dwie sekundy.

Eksperymenty prowadzono w temperaturze pokojowej w nieoświetlonym pomieszczeniu. Stwierdzono silną zależność w krzywych pojedynczych prób mierzonych w różnych krokach czasowych i zakresach napięcia oraz w krzywych między próbkami. Pętle histerezy miały stosunkowo stałe rozmiary płatów, a także lokalizacje szczypania.

Przypomina to idealny ślad memrystora, w którym punkty zaciskania są zawsze pojedyncze i prawie zawsze przy zerowym napięciu i prądzie. Po zakończeniu wstępnych pomiarów dożylnych przeprowadzano testy na każdej próbce raz dziennie, aż do momentu, gdy nie udało się przedstawić danych w sposób podobny do memrystora. Z pięciu próbek wszystkie funkcjonowały przez co najmniej siedem dni.

Z biegiem czasu rurki protoplazmatyczne stawały się grubsze i nastąpił spadek ogólnej rezystancji w ciągu około dnia, przed wzrostem, przy czym niektóre próbki mierzyły natężenie prądu w zakresie od 10 do ujemnego 4 podczas przebiegów 10 woltów, mimo że podczas wcześniejszych testów działały w zakresie od 10 do minus 5. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś być w stanie eksperymentować z memrystorami biologicznymi bez dostępu do dobrze wyposażonych laboratoriów i drogiego sprzętu. Technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się obliczeniami niekonwencjonalnymi do zbadania możliwości wykorzystania memrystorów biologicznych w praktycznych zastosowaniach.

Po opanowaniu pojemniki można ustawić w mniej niż godzinę, a wzrost zostanie zakończony w ciągu 12 godzin. Próbując tej procedury, należy pamiętać, że szybkość wzrostu jest w dużym stopniu zależna od stanu kultury Physarum polycephalum. Zgodnie z tą procedurą można przeprowadzić dalsze eksperymenty, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak: Jaki jest biologiczny mechanizm stojący za memrystancją Physarum polycephalum?