Un système précis et autonome pour la détection des patrons d’émergence insectes
January 9th, 2019
Mesure des patrons d’émergence insectes requiert de la précision. Les systèmes existants sont seulement semi-automatique et l’échantillon de taille est limitée. Nous avons abordé ces questions en créant un système à l’aide de microcontrôleurs de mesurer avec précision le moment de l’émergence d’un grand nombre d’insectes émergents.
Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la chronobiologie et de la physiologie du stress, telles que les indices qui ont un effet sur le moment de l’émergence des insectes. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est automatisée et peut être utilisée pour mesurer l’émergence d’un grand nombre d’insectes. Les pièces suivantes sont requises pour chaque canal en cours de construction.
Un collecteur, un bouchon d’extrémité, six supports de plate-forme, quatre plaques de base de support de support de tube, et quatre plaques de visage de support de tube. Avec trois supports de plate-forme et un morceau de plastique ondulé de 33 par 30 centimètres, utilisez de la colle chaude pour assembler deux plates-formes de rack à tubes par canal en cours de construction. Installez l’électronique dans le collecteur en soudant d’abord une résistance de 120 ohm à l’anode de l’émetteur infrarouge et du détecteur infrarouge et une longueur de cinq centimètres de fil électrique de 22 calibres aux deux cathodes.
Insérez soigneusement le détecteur dans une prise du collecteur, et l’émetteur dans la deuxième prise. Les deux composants doivent s’adapter confortablement. Alimentez les fils du détecteur par le canal de câblage et tirez les deux fils à travers le trou d’accès.
Soudez les quatre fils d’une prise RJ45 ethernet à l’aide de la rangée arrière des broches. Les deux anodes doivent être soudées à la broche la plus à gauche, la cathode de l’émetteur à la broche la plus droite, et la cathode du détecteur à l’une ou l’autre des broches centrales. Sécurisez la prise RJ45 au-dessus du trou d’accès collecteur avec de la colle chaude, en s’assurant qu’aucun fil nu ne se touche à l’intérieur du collecteur.
Ensuite, commencer la construction du processeur central pour le système en soudant les en-têtes féminins sur les trous à travers étiquetés pour Arduino nano, temp, horloge, et module SD. En outre, soudeur une tête femelle sur le non étiqueté deux par cinq par trou dans le coin supérieur gauche de la carte PCB pour l’écran LCD. Accrochez-vous et soudez six RJ45 jacks le long du bord inférieur de la planche PCB.
Soudeur six 470 kilo ohm pull-down résistances dans les sites de trou à travers, situé juste au-dessus des vérins RJ45. Installez le capteur arduino nano, le capteur de température et d’humidité DHT, l’horloge et le module SD sur la carte PCB. Enfin, connectez un fil ruban à dix connecteurs au connecteur d’écran LCD de la carte PCB.
Une fois que le système de détection a été assemblé, chargez et placez deux racks immédiatement avant d’exécuter une expérience. Tout d’abord, assurez-vous que tous les trous dans la grille contiennent un tube de micro-centrifugeuse de 0,5 millilitre avec le bouchon enlevé, et que les tubes s’adaptent parfaitement. Remplissez chaque tube d’une cellule de couvée d’insecte, en vous assurant que le côté plat du bord est orienté vers l’ouverture.
Puis ajouter une pastille d’air doux, et enfin, un métal BB. Ensuite, utilisez des vis en nylon d’un quart de pouce pour apposer la plaque frontale de la grille à tube, avec le bord arrondi vers le bas de la grille. Place les supports à tubes sur la plate-forme du rack. Commencez par les ouvertures orientées vers le haut, puis tournez doucement en place pour vous assurer que les BB métalliques ne sont pas libérés.
Les supports doivent être placés au bord de la plate-forme afin qu’un BB métallique puisse tomber librement dans le collecteur sans rebondir contre une autre partie de la structure. Insérez une carte SD dans l’adaptateur, puis démarrez le processeur central en branchant un connecteur micro-USB dans l’Arduino, et l’autre extrémité dans n’importe quel adaptateur USB approprié. L’écran LCD affichera les numéros un à six lorsqu’il est prêt.
Déposez un seul BB métallique dans le collecteur de boule de chaque canal, et regardez le nombre correspondant apparaître sur l’écran, et pour le bon moment pour afficher au bas de l’écran. Une fois que tous les insectes ont émergé, alimenter l’appareil en débranchant l’Arduino. Les supports peuvent être démontés et nettoyés pour être réutilisés.
Au cours de l’expérience d’émergence, les données sont stockées sur la carte SD dans un fichier délimité par virgule. Utilisez la carte SD pour transférer des données vers l’ordinateur, et RStudio pour générer automatiquement des parcelles de bulles des données. Les données sur les événements et la température sont enregistrées dans le même fichier pour l’intégrité des données.
Avant l’analyse, importez le fichier délimité par virgule dans un programme de feuille de calcul. Les colonnes I et J sont la date et l’heure de l’émergence des abeilles. Faites-en les colonnes A et B en coupant et en passant les colonnes A à E dans une deuxième feuille de calcul, et enregistrez comme fichier distinct de données de température pour une analyse plus approfondie.
Ce chiffre montre l’émergence des abeilles sous une période thermo-période de quatre degrés Celsius après l’exposition à un stress dû au froid pendant le développement. Ce chiffre montre le même ensemble de données que ce qui vient d’être vu, mais avec l’un des six canaux obstrués par bbs, la création de la grande bulle sur le graphique que le manque de signal est compté à plusieurs reprises. Les données de ce canal peuvent à juste titre être supprimées de l’analyse.
Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler de vérifier toutes les pièces soudées pour s’assurer que les connexions fonctionnent. Après son développement, cette technique a ouvert la voie à des chercheurs dans le domaine de la chronobiologie et de la physiologie du stress pour explorer quels indices ont un effet sur le moment de l’émergence chez les abeilles solitaires.
Aperçu
Cet article présente un nouveau système automatisé conçu pour mesurer les modèles d'émergence des insectes avec une haute précision. En utilisant des microcontrôleurs, le système surmonte les limitations des méthodes semi-automatisées existantes, permettant des échantillons plus importants dans les études sur l'émergence des insectes.
Composantes clés de l'étude
Domaine de la science
- Chronobiologie
- Physiologie du stress
- Comportement des insectes
Contexte
- Les systèmes existants pour mesurer l'émergence des insectes sont semi-automatisés.
- Les échantillons limités entravent la recherche sur les modèles d'émergence.
- La précision du timing est cruciale pour comprendre le comportement des insectes.
- L'automatisation peut améliorer l'efficacité de la collecte de données.
Objectif de l'étude
- Développer un système entièrement automatisé pour mesurer l'émergence des insectes.
- Faciliter des échantillons plus importants dans les études de recherche.
- Explorer les signaux affectant le timing de l'émergence des insectes.
Méthodes utilisées
- Construction d'un collecteur de manifold et de plateformes de support de tubes.
- Intégration de composants électroniques incluant des émetteurs et détecteurs infrarouges.
- Utilisation d'un Arduino nano pour le traitement des données.
- Stockage des données sur une carte SD pour une analyse ultérieure.
Résultats principaux
- Le système mesure avec succès le timing de l'émergence des insectes.
- L'intégrité des données est maintenue grâce à l'enregistrement simultané des événements et de la température.
- Le comptage automatisé des événements d'émergence des insectes est réalisé.
- Les résultats démontrent l'impact des conditions environnementales sur le timing de l'émergence.
Conclusions
- Le système développé améliore l'étude des modèles d'émergence des insectes.
- Il fournit une méthode fiable pour les chercheurs en chronobiologie et en physiologie du stress.
- Les études futures peuvent utiliser cette technique pour approfondir l'investigation des signaux d'émergence.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Automated detection of insect emergence patterns enables high-throughput, quantitative analysis of biological timing and stress responses, supporting mechanistic de-risking in early discovery. The system's scalability and precision facilitate robust hypothesis testing and cross-condition comparisons, directly impacting target validation and translational research in chronobiology and stress physiology. Integration of automated data capture and visualization enhances predictive confidence and portfolio decision-making for R&D teams investigating environmental or genetic modulation of emergence phenotypes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous interrogation of environmental and genetic cues affecting emergence timing.
- Supports functional validation of candidate pathways involved in stress physiology.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing high-resolution, quantitative emergence data.
- Improves predictive confidence for downstream biological hypotheses.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, scalable biological systems for compound or genetic screening.
- Standardizes emergence measurement across large sample sizes and multiple treatments.
- Delivers reproducible, quantitative outputs suitable for comparative analysis.
- Enables simultaneous evaluation of multiple experimental conditions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns emergence phenotypes with disease-relevant stress and chronobiology models.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation of timing-related biomarkers.
- Provides risk-adjusted data for advancing candidate interventions targeting biological rhythms.
- Enhances translational relevance by enabling species-specific system adaptation.
Pipeline & Workflow Integration
This automated emergence detection system fits within the early discovery to preclinical continuum, supporting hypothesis testing, screening, and translational research workflows.
- Discovery Biology: Enables precise null hypothesis testing and pathway clarification for emergence timing.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible measurement platforms for high-throughput studies.
- Analytics: Generates quantitative, time-stamped outputs and visualizations for robust statistical analysis.
- Translational Research: Facilitates adaptation to diverse insect models for biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Modular, 3D-printed design supports broad reuse and customization across R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in emergence studies.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and automated data collection for large sample sizes.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust cross-condition comparisons.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of chronobiology and stress physiology programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electronics assembly and data analysis using R or similar platforms.
- Needs access to 3D printing, Arduino microcontrollers, and standard laboratory instrumentation.
- Demands cross-team standardization of data formats and analysis pipelines.
- Allows adaptation for different insect species via modular hardware design.
- Potential for channel clogging or hardware malfunction requires routine validation and troubleshooting.
