La alimentación de dispositivos Experimentación (FED): construcción y validación de un dispositivo de fuente abierta para la medición de la ingesta de alimentos en roedores

El objetivo general del dispositivo de experimentación de alimentación es crear un dispositivo de código abierto que pueda medir la ingesta de alimentos en una jaula doméstica en ratones. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en los campos de la alimentación y la obesidad, como si circuitos neuronales específicos pueden impulsar diferentes patrones de ingesta de alimentos. La principal ventaja de esta técnica es que es de código abierto y compatible con jaulas domésticas.

Puede medir la ingesta de alimentos sin necesidad de equipos especializados ni jaulas. La primera vez que tuvimos la idea de este método fue cuando estábamos pesando a mano la ingesta de alimentos en un gran número de ratones. Esto llevaba mucho tiempo y era propenso a errores.

La demostración visual de este método es fundamental, ya que los pasos de fabricación pueden ser difíciles de aprender. Comience preparando cuatro pares de conectores de dos pines y etiquete los lados macho y hembra A, B, C y D respectivamente, luego retire el cable rojo de ambos lados del par de conectores D. A continuación, prepare un par de conectores de tres pines y etiquete los lados macho y hembra E.Suelde los cabezales apilables hembra con zócalos en la parte superior del microcontrolador. Sujete el cable que sobresale de los cabezales en la parte inferior del microcontrolador, luego conecte los cabezales apilables hembra con enchufes en la parte superior del escudo de registro de datos digital seguro o SD.

Deje cables que sobresalgan en la parte inferior del escudo. Si existen, coloque las almohadillas SCL, SDA, MOSI, MISO y SCK en la parte inferior del escudo SD. Si no están presentes, ignore este paso.

Después de eso, coloque los cabezales macho en el protector del motor con pasadores que sobresalgan de la parte inferior. Suelde los cabezales en el protector del motor. Asegúrese de que el puente VIN esté en su lugar sobre el bloque de alimentación en el protector del motor.

Inserte una batería de celda de litio de tres voltios en el escudo SD. Para ensamblar el botón de encendido, suelde el conector macho de dos pines A a C1 con cable rojo y A a tierra con cable negro, así como B a positivo con cable rojo y B a NO1 con cable negro. Termorretráctil todas las conexiones.

Suelde el fotointerruptor y una resistencia de 4,7 K a la placa de conexión. Sujete los cables que sobresalen de la parte posterior de la placa de conexión del fotointerruptor. Conecte el conector macho de tres pines E a la parte posterior de la placa de conexión, el cable rojo al PWR, el cable verde al GND y el cable blanco al SIG, luego suelde el conector hembra de dos pines A a cinco V y los pines de tierra en la placa de refuerzo, así como el cable negro del conector macho D al pin GND adicional en la placa de refuerzo.

A continuación, conecte el conector C de dos pines a los terminales de un conector BNC colocando el cable rojo en el pin central y el cable negro en el pin exterior. Ensamble el blindaje del motor retorciendo los cables rojo y negro del conector hembra B juntos y suelde al VIN. Finalmente, suelde lo siguiente.

Uno, el cable negro del conector hembra C al pin de tierra junto al AREF y el cable rojo de este conector al pin tres. Dos, el cable negro del conector hembra D al pin de tierra junto al VIN, y tres, el cable verde del conector hembra E al pin de tierra junto a cinco V, el cable rojo de este conector a cinco V y el cable blanco de este conector al pin dos. Comience conectando la placa de conexión FTDI a los pines de programación del microcontrolador y luego conecte la placa de conexión FTDI a la computadora a través de un cable micro USB.

Dentro del software, haga clic en el botón de carga para enviar el dispositivo de experimentación de alimentación, o boceto FED, a la placa de trabajo. A continuación, asegure el motor paso a paso de cinco voltios en el soporte del motor impreso en 3D con dos tornillos de chapa metálica de número seis y un cuarto de pulgada, luego inserte el disco giratorio en el soporte del motor y empuje hacia abajo para fijarlo de forma segura al eje del motor paso a paso. Gire el silo de alimentos impreso en 3D en el soporte del motor, asegurándose de que el brazo nivelador de pellets esté sobre el orificio del soporte del motor.

A continuación, gira las piezas recién conectadas a la parte superior de la base impresa, con el motor paso a paso colocado hacia la parte posterior de la base y el agujero colocado en la parte delantera. Corte el conector de cinco pines de los cables del motor paso a paso y pele unos dos milímetros del extremo de cada cable, luego conecte los cables del motor paso a paso a los conectores del bloque de terminales en el protector del motor, rojo a tierra, naranja y rosa a un puerto del motor y azul y amarillo al otro puerto del motor. Después de eso, retire la red del botón de encendido e inserte el botón de encendido en el orificio del lado derecho de la base.

Asegure el botón en su lugar con una tuerca hexagonal. Coloque el fotointerruptor en su carcasa impresa en 3D y asegure la carcasa en la base FED con dos tornillos de nailon de una pulgada y las tuercas correspondientes. A continuación, inserte el conector BNC en el orificio del lado izquierdo de la base FED.

Asegúrelo en su lugar con una tuerca, luego conecte un paquete de baterías de 3.7 voltios al módulo convertidor elevador CC-CC a través de la conexión de dos pines. Atornille la placa de refuerzo en la carcasa con tornillos de chapa de acero de un cuarto de pulgada, luego monte el microcontrolador dentro de la base con conexiones FTDI frente al interruptor de encendido usando tornillos de chapa de acero de un cuarto de pulgada número cuatro, luego apile el escudo del motor y el escudo de registro de datos en la parte superior del microcontrolador. Monta la placa boost con la ranura microSD apuntando hacia abajo.

Por último, conecte los cinco conectores, A macho a A hembra, B macho a B hembra, y así sucesivamente. Coloque la batería dentro de la base impresa en 3D, deslice las cubiertas delantera y trasera sobre la FED, llene la tolva con pellets y coloque la tapa en la tolva. Una vez completado el montaje, inserte una tarjeta SD en el escudo de registro de datos, encienda el sistema FED con el botón de encendido y pruebe la funcionalidad del dispositivo.

Retire manualmente de cinco a 10 gránulos del pozo de alimentos y confirme que se dispensen gránulos de reemplazo. Finalmente, retire la tarjeta SD y verifique que los datos se hayan registrado correctamente. Después de un período de habituación de una semana, se retiró la tolva de alimentos y se reemplazó con un FED durante cinco días de pruebas de validación.

La recuperación de pellets para ratones individuales muestra una alimentación continua durante todo el período de prueba de validación, con una ritmicidad circadiana claramente visualizada. Para cuantificar la precisión de FED, a cada sistema FED se le dieron 1.000 pellets durante el período de prueba de validación. FED registra el 95% de los pellets en la tarjeta SD.

Una vez dominado, cada FED se puede construir en aproximadamente dos o tres horas. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo construir un FED y validar su uso. Debido a su naturaleza de código abierto, se pueden agregar capacidades adicionales, como el comportamiento operante, al FED para responder preguntas adicionales.