Um método para o cultivo de Bio-memristors de discoideum

O objetivo geral deste procedimento é padronizar a implementação de memristores baseados em Physarum polycephalum, para começar a facilitar sua integração na tecnologia. Usando esses métodos, podemos começar a investigar as aplicações práticas de componentes baseados em Physarum polycephalum, fora do laboratório e no mundo real. A principal vantagem dessa técnica é que ela renderiza os componentes em uma forma acessível a não especialistas e viável de integrar em um esquema analítico.

Tivemos a ideia para esse método pela primeira vez quando desenvolvemos um sistema de processamento musical que aproveitava os memristores baseados em Physarum polycephalum para desempenho em tempo real. Ao desenvolver um sistema baseado nesses componentes para fora do laboratório, questões de praticidade tiveram que ser abordadas. Para começar, primeiro carregue o poliestireno de alto impacto na impressora 3D.

Em seguida, prepare a impressora 3D para uso. Defina a temperatura da mesa de impressão para 85 graus Celsius e a extrusora para 230 graus Celsius. Uma vez nas temperaturas desejadas, afrouxe o braço intermediário, insira o filamento e empurre para baixo, até que o poliestireno saia da extremidade quente.

Em seguida, reaperte o braço intermediário do filamento e remova o material extrudado. Em seguida, no controle de software, carregue o arquivo de modelo STL para o receptáculo 3D. E se houver qualidades de impressão altas ou baixas para escolher, torne a impressão de alta qualidade, além de garantir que o perfil de material correto seja selecionado.

Depois de coletar as peças, use uma escova de aço fina para limpar suavemente o soquete do eletrodo de quaisquer imperfeições que possam interferir na montagem do dispositivo. Agora, na impressora, substitua o filamento HIPS por um filamento de limpeza. E passe um amplo volume de material pela cabeça de impressão para garantir uma limpeza completa.

Em seguida, carregue a impressora com um filamento de ácido polilático eletricamente condutor que tenha uma resistividade de baixo volume. Em seguida, defina a temperatura da mesa de impressão para 60 graus Celsius e a extrusora para 230 graus Celsius. Quando as temperaturas forem atingidas, extrude vários centímetros do filamento para ajudar a garantir que todas as partículas das sessões anteriores sejam removidas.

Agora, carregue o arquivo STL para o eletrodo e, nas configurações de impressão, especifique as configurações necessárias para a altura da camada, espessura da prateleira, espessuras inferior e superior e densidade de preenchimento. Depois de impressos, deixe os eletrodos esfriarem até a temperatura ambiente na mesa de impressão antes de manuseá-los. Isso garante que a peça não fique empenada e deformada.

Para montar as peças, primeiro deslize suavemente o eletrodo em cada uma das duas câmaras. Deve entrar sem muita força. Em seguida, usando um bisturi afiado, corte cuidadosamente um pedaço de tubo de PVC de 10 mm, tornando cada corte reto e limpo.

Em seguida, solte suavemente cada extremidade do tubo de PVC de 10 mm sobre a borda dos dois eletrodos. Uma vez conectado, prenda as duas câmaras na base. Na preparação, faça dois por cento de ágar não nutriente.

Assim que o ágar-ágar esfriar a cerca de 55 graus Celsius, use uma pipeta de 2 mL para transferir o ágar para as câmaras do recipiente. Passe a ponta da pipeta cerca de 5 mm acima da superfície e encha lentamente os poços até o fundo do orifício do tubo de conexão, tomando cuidado para garantir que nenhuma bolha de ar seja introduzida. Imediatamente após encher os poços, coloque uma tampa em cada uma das câmaras e reserve o recipiente até que o ágar-ágar endureça e atinja a temperatura ambiente.

Em seguida, coloque um floco de aveia no ágar em cada câmara. Em seguida, remova uma bolha de 2mL de pseudópodes de uma cultura de plasmódio faminta de 12 horas. Para promover um crescimento rápido, tente retirar o protoplasma da parte anterior mais ativa do organismo.

Esses recipientes são bastante robustos e devem estar prontos para uso em 12 horas. Os receptáculos estão prontos assim que o plasmódio forjar uma conexão entre os dois eletrodos. Isso pode ser facilmente distinguido examinando o organismo através do tubo de PVC transparente.

Cinco amostras foram preparadas conforme descrito e monitoradas por meio de imagens de lapso de tempo para revisar seu tempo de crescimento. Dentro de 10 horas após a inoculação, todas as cinco amostras conectaram os dois eletrodos. Um fez isso em menos de duas horas.

O perfil IV do nosso memristor é sua característica mais marcante. Medições instantâneas de corrente foram feitas em cada ponto de uma onda de sinal de tensão de 160 etapas. Cada passo de tensão teve um tempo de permanência estático de dois segundos.

Os experimentos foram conduzidos em temperatura ambiente em uma sala sem iluminação. Houve uma forte relação nas curvas de amostra única medidas em diferentes intervalos de tempo e faixas de tensão e nas curvas de amostra para amostra. As alças de histerese tinham tamanhos de lobo relativamente consistentes, bem como locais de pinça.

Isso é uma reminiscência da pegada ideal do memristor, onde os pontos de aperto são sempre singulares e quase consistentemente em tensão e corrente zero. Após a conclusão das medições iniciais de IV, os testes foram feitos em cada amostra uma vez por dia, até que não apresentassem os dados de maneira semelhante ao memristor. Das cinco amostras, todas funcionaram por pelo menos sete dias.

Com o tempo, os tubos protoplasmáticos tornaram-se mais espessos e houve uma diminuição na resistência geral ao longo de um dia ou mais, antes de um aumento, com algumas amostras medindo na faixa de 10 a 4ª para menos para amperagem durante corridas de 10 volts, apesar de rodar na faixa de 10 a 5 negativos durante seus testes anteriores. Depois de assistir a este vídeo, você poderá experimentar memristores biológicos sem ter acesso a laboratórios com bons recursos e equipamentos caros. Essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da computação não convencional explorarem o uso de memristores biológicos em aplicações práticas.

Uma vez dominados, os receptáculos podem ser montados em menos de uma hora e o crescimento será concluído em 12 horas. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que a velocidade de crescimento é altamente dependente do estado da cultura de Physarum polycephalum. Após este procedimento, outros experimentos podem ser realizados para responder a perguntas adicionais como: Qual é o mecanismo biológico por trás da memória de Physarum polycephalum?