Name: 光遺伝学的実験のための簡便で汎用性の高い照明システムの構築 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 41 s
Description: 学ぶ光遺伝学実験のための汎用性の高い照明システムの構築方法。赤色光と遠赤色光を用いた遺伝子発現制御が可能で、コスト効率の良い回路設計とLEDプログラミングにより多様な実験に応用できます。

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Yingxiao (Peter) Wang、Ziliang Huang、Molly Allenが、開発中のLEDシステムのさまざまなバージョンをテストしてくれたことに感謝します。この研究は、カリフォルニア大学サンディエゴ校のKavli Institute for Brain and Mindと国立科学財団のソーク研究所によって、助成金CCF-0939370、NIH Grant NS060847、およびNIH Grant R21DC018237の下でNSF情報科学センターを通じて支援されました。

<ol><li>Klewer, L., Wu, Y. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-induced+dimerization+approaches+to+control+cellular+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+-+A+European+Journal%22%5BJournal%5D)">Light-induced dimerization approaches to control cellular processes.</a> Chemistry - A European Journal. 25 (54), 12452-12463 (2019).</li>
<li>Khamo, J. S., Krishnamurthy, V. V., Sharum, S. R., Mondal, P., Zhang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Applications+of+optobiology+in+intact+cells+and+multicellular+organisms%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Biology%22%5BJournal%5D)">Applications of optobiology in intact cells and multicellular organisms.</a> Journal of Molecular Biology. 429 (20), 2999-3017 (2017).</li>
<li>Mansouri, M., Strittmatter, T., Fussenegger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-controlled+mammalian+cells+and+their+therapeutic+applications+in+synthetic+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">Light-controlled mammalian cells and their therapeutic applications in synthetic biology.</a> Advanced Science. 6 (1), Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany. 1800952(2019).</li>
<li>Kyriakakis, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biosynthesis+of+orthogonal+molecules+using+ferredoxin+and+ferredoxin-NADP%2B+reductase+systems+enables+genetically+encoded+PhyB+optogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Synthetic+Biology%22%5BJournal%5D)">Biosynthesis of orthogonal molecules using ferredoxin and ferredoxin-NADP+ reductase systems enables genetically encoded PhyB optogenetics.</a> ACS Synthetic Biology. 7 (2), electronic resource 706-717 (2018).</li>
<li>Allen, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+AND-gated+drug+and+photoactivatable+Cre-loxP+system+for+spatiotemporal+control+in+cell-based+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Synthetic+Biology%22%5BJournal%5D)">An AND-gated drug and photoactivatable Cre-loxP system for spatiotemporal control in cell-based therapeutics.</a> ACS Synthetic Biology. 8 (10), electronic resource 2359-2371 (2019).</li>
<li>Huang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+light-controllable+CAR+T+cells+for+cancer+immunotherapy%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Engineering light-controllable CAR T cells for cancer immunotherapy.</a> Science Advances. 6 (8), (2020).</li>
<li>Mancinelli, A. L., Rossi, F., Moroni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cryptochrome%2C+phytochrome%2C+and+anthocyanin+production%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiology%22%5BJournal%5D)">Cryptochrome, phytochrome, and anthocyanin production.</a> Plant Physiology. 96 (4), 1079-1085 (1991).</li>
<li>Hernández-Candia, C. N., Wysoczynski, C. L., Tucker, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+optogenetic+regulation+of+gene+expression+in+mammalian+cells+using+cryptochrome+2+%28CRY2%29%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Advances in optogenetic regulation of gene expression in mammalian cells using cryptochrome 2 (CRY2).</a> Methods. 164-165, 81-90 (2019).</li>
<li>Bugaj, L. J., Lim, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+multicolor+optogenetics+in+microwell+plates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">High-throughput multicolor optogenetics in microwell plates.</a> Nature Protocols. 14 (7), 2205-2228 (2019).</li>
<li>Repina, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineered+illumination+devices+for+optogenetic+control+of+cellular+signaling+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Engineered illumination devices for optogenetic control of cellular signaling dynamics.</a> Cell Reports. 31 (10), 107737(2020).</li>
<li>Müller, K., Zurbriggen, M. D., Weber, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+gene+expression+using+a+red-+and+far-red+light-responsive+bi-stable+toggle+switch%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Control of gene expression using a red- and far-red light-responsive bi-stable toggle switch.</a> Nature Protocols. 9 (3), 622-632 (2014).</li>
<li>Gerhardt, K. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+open-hardware+platform+for+optogenetics+and+photobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">An open-hardware platform for optogenetics and photobiology.</a> Scientific Reports. 6, 35363(2016).</li>
<li>Crefcoeur, R. P., Yin, R., Ulm, R., Halazonetis, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultraviolet-B-mediated+induction+of+protein-protein+interactions+in+mammalian+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Ultraviolet-B-mediated induction of protein-protein interactions in mammalian cells.</a> Nature Communications. 4, 1779(2013).</li>
<li>Chen, D., Gibson, E. S., Kennedy, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+light-triggered+protein+secretion+system%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">A light-triggered protein secretion system.</a> The Journal of Cell Biology. 201 (4), 631-640 (2013).</li>
<li>Zhou, X. X., Chung, H. K., Lam, A. J., Lin, M. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+control+of+protein+activity+by+fluorescent+protein+domains%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Optical control of protein activity by fluorescent protein domains.</a> Science. 338 (6108), 810-814 (2012).</li>
<li>Zhou, X. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+single-chain+photoswitchable+CRISPR-Cas9+architecture+for+light-inducible+gene+editing+and+transcription%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">A single-chain photoswitchable CRISPR-Cas9 architecture for light-inducible gene editing and transcription.</a> ACS Chemical Biology. 13 (2), 443-448 (2018).</li>
<li>Wu, Y. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+genetically+encoded+photoactivatable+Rac+controls+the+motility+of+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells.</a> Nature. 461 (7260), 104-108 (2009).</li>
<li>Kawano, F., Suzuki, H., Furuya, A., Sato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineered+pairs+of+distinct+photoswitches+for+optogenetic+control+of+cellular+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Engineered pairs of distinct photoswitches for optogenetic control of cellular proteins.</a> Nature Communications. 6, 6256(2015).</li>
<li>Berndt, A., Yizhar, O., Gunaydin, L. A., Hegemann, P., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bi-stable+neural+state+switches%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Bi-stable neural state switches.</a> Nature Neuroscience. 12 (2), 229-234 (2009).</li>
<li>Gong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+ultra-sensitive+step-function+opsin+for+minimally+invasive+optogenetic+stimulation+in+mice+and+macaques%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">An ultra-sensitive step-function opsin for minimally invasive optogenetic stimulation in mice and macaques.</a> Neuron. 107 (1), 38-51 (2020).</li>
<li>Kennedy, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+blue-light-mediated+induction+of+protein+interactions+in+living+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Rapid blue-light-mediated induction of protein interactions in living cells.</a> Nature Methods. 7 (12), 973-975 (2010).</li>
<li>Taslimi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+second-generation+CRY2-CIB+dimerizers+and+photoactivatable+Cre+recombinase%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Optimized second-generation CRY2-CIB dimerizers and photoactivatable Cre recombinase.</a> Nature Chemical Biology. 12 (6), 425-430 (2016).</li>
<li>Shimizu-Sato, S., Huq, E., Tepperman, J. M., Quail, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+light-switchable+gene+promoter+system%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">A light-switchable gene promoter system.</a> Nature Biotechnology. 20 (10), 1041-1044 (2002).</li>
<li>Müller, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+red%2Ffar-red+light-responsive+bi-stable+toggle+switch+to+control+gene+expression+in+mammalian+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nucleic+Acids+Research%22%5BJournal%5D)">A red/far-red light-responsive bi-stable toggle switch to control gene expression in mammalian cells.</a> Nucleic Acids Research. 41 (7), 77(2013).</li>
<li>Levskaya, A., Weiner, O. D., Lim, W. A., Voigt, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+control+of+cell+signalling+using+a+light-switchable+protein+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal control of cell signalling using a light-switchable protein interaction.</a> Nature. 461 (7266), 997-1001 (2009).</li>
<li>Levskaya, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic+biology%3A+engineering+Escherichia+coli+to+see+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Synthetic biology: engineering Escherichia coli to see light.</a> Nature. 438 (7067), 441-442 (2005).</li>
<li>Kaberniuk, A. A., Shemetov, A. A., Verkhusha, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bacterial+phytochrome-based+optogenetic+system+controllable+with+near-infrared+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">A bacterial phytochrome-based optogenetic system controllable with near-infrared light.</a> Nature Methods. 13 (7), 591-597 (2016).</li>
<li>Redchuk, T. A., Omelina, E. S., Chernov, K. G., Verkhusha, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-infrared+optogenetic+pair+for+protein+regulation+and+spectral+multiplexing%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Chemical+Biology%22%5BJournal%5D)">Near-infrared optogenetic pair for protein regulation and spectral multiplexing.</a> Nature Chemical Biology. 13 (6), 633-639 (2017).</li>
<li>Ong, N. T., Olson, E. J., Tabor, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+an+E.+coli+near-infrared+light+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Synthetic+Biology%22%5BJournal%5D)">Engineering an E. coli near-infrared light sensor.</a> ACS Synthetic Biology. 7 (1), electronic resource 240-248 (2018).</li>
<li>Zhang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+control+with+a+photocleavable+protein%2C+PhoCl%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Optogenetic control with a photocleavable protein, PhoCl.</a> Nature Methods. 14 (4), 391-394 (2017).</li>
<li>Lee, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporally+precise+labeling+and+control+of+neuromodulatory+circuits+in+the+mammalian+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Temporally precise labeling and control of neuromodulatory circuits in the mammalian brain.</a> Nature Methods. 14 (5), 495-503 (2017).</li>
<li>Kim, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-gated+detection+of+protein-protein+interactions+with+transcriptional+readout%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Time-gated detection of protein-protein interactions with transcriptional readout.</a> eLife. 6, (2017).</li>
</ol>

著者は開示する利益相反を持っていません。

ここで説明するLEDシステムは、いくつかの光遺伝学的ツールを最適化、特性評価、および操作するために、私たちのラボで使用されています。Kyriakakisら4では、PhyB-PIF遺伝子スイッチの多くの組み合わせを並行して試験した。次に、このシステムを使用して、さまざまな周波数の光のパルスをテストし、遺伝子スイッチの動態と有効光強度を測定しました。このシステムは、刺激に青色光を使用する2つの光遺伝学的システムを最適化し、特徴付けるためにも使用されました5,6。ほとんどの光遺伝学的ツールをアクティブにするのに十分な明るさのLEDは1つだけであるため、各ウェルに多数のLEDを備えたシステムを購入する必要は必ずしもありません。このセットアップは安価で信頼性が高く、再構成が容易であり、アセンブリプロトコルに従うために事前の電気的専門知識は必要ありません。
補足 図31〜38では、最大4つのLEDをシステムに組み込む方法について説明します。これにより、多数の並列条件を必要とする一部の実験が制限される可能性がありますが、このプロトコルで使用されている9ボルトの電源をより高いワット数の電源に置き換えることで、LEDを追加できます。同様に、いくつかの低電力LEDを各回路に並列に接続することができます。この後者の配置では、一部のLEDは個別に制御されませんが、これは、より広い領域をカバーするために多くのLEDが必要な場合に役立ちます。このシステムの電子機器に慣れたら、それをカスタマイズする方法はたくさんあります。システムをカスタマイズするための追加の戦略には、LEDをサンプルに近づけたり近づけたり、フィルター/ディフューザーを通して照明したりして、均一な照明条件を実現したり、(補足図23)やAllenら5のように加熱を防止したりすることが含まれます。私たちのLEDデザインのもう一つの注目すべき特徴は、エポキシでカプセル化されており、背面にタッチファスナーが付いていることです。これにより、LEDはインキュベーター、水槽、動物ケージ、壁など、事実上どこにでも簡単に安全に配置できます。
オプトジェネティクスを使用して遺伝子、シグナル伝達経路、およびその他の細胞活動を制御する多くの実験では、パルスが必要であったり、時間スケールが大きくなったり、インキュベーター内で実行したりする必要があるため、顕微鏡なしで自動化またはリモート操作を行う必要があります。このLEDシステムは、加湿されたCO2 インキュベーター内で数ヶ月間問題なく継続的にテストされています。さらに、PhyB光遺伝学システムなどの可逆システムでは、実験者はプログラム固有のパルス照明スケジュールが必要になる場合があります。以前の研究4では、パルスプログラムを使用して、哺乳類細胞におけるPhyB-PIF3スイッチの可逆性ダイナミクスをユーザーインターフェイスを介してテストしました。この原稿で説明されている方法論を使用すると、パルスプロトコルのプログラミングは簡単で、多くのタイプの光遺伝学的実験に必要な柔軟性と自律性をユーザーフレンドリーな方法で提供します。
このシステムを構築する上で最も重要なステップには、PCBボード上の電気回路を組み立て、コンポーネントを接続することが含まれます, セクション1とセクション2で詳しく説明します.各コンポーネントをはんだ付けする前に、これらのセクションの各手順を注意深く実行し、ピンホール番号を行ごとに再確認することが不可欠です。セクション2では、回路に接続するコンポーネントの設定方法について説明します。コンポーネントが正しい方向で接続されるように、電線対電線コネクタの黒と赤のワイヤの色が一致するようにすることが特に重要です。これら2つのセクションの小さな見落としは、システムの機能に影響を与える可能性が非常に高いです。実際、この方法のトラブルシューティングの最初のステップは、回路が正しく構築され、すべての接続が整っていることを確認することです。第二に、接続の緩みについてははんだ付け品質をチェックし、回路を短絡させている可能性のあるワイヤーヘアのフレアがないかワイヤをチェックすることは特に重要です。3番目のステップは、LEDが正しく機能していることを確認することですが、これは、LEDの2つの端子をワニ口クリップでクリップすることにより、電源または1.5Vバッテリーを使用して行うことができます。別の潜在的に重要な考慮事項は、加熱(高出力でLEDを使用する場合)またはより広い拡散照明のための光の拡散を防ぐことです。これらの考慮事項に対処するために、LEDは、 補足図23 およびAllenら5で説明されているように、内側に「プライバシーフィルム」が付いたブラックボックスの外側に取り付けることができます。このシステムはシンプルであるため、モジュールコンポーネントを検証、変更、アップグレード、または修理するために分解することは難しくありません。
誘導可能な遺伝子システムのもう一つの重要な要素は、制御される生物学的システムにとってどの程度の活性化が必要か、またはどの程度の漏れが許容できるかを考慮することである。 図6に示すように、これらはレポーターDNAの量によって変化し得る。さらに、トランスフェクション効率、したがって各細胞におけるレポーター構築物のコピー数は様々である。いくつかの実験では、薬物誘導性システムで一般的に行われているように、一定量のレポーターまたはPhyB遺伝子スイッチ成分を用いて細胞株を作製し、所望の発現誘導範囲を有するクローンをスクリーニングすることが有利であり得る。レンチウイルスプラスミドpPK-2304のサイズと不安定性のために、pcDNAバックボーンpPK-351(Addgene #157921)およびpPK-352(Addgene #157922)のPhyBスイッチの非レンチウイルスプラスミドバージョンも作製しました。
このプロトコルに従ってこのLED照明システムを構築することにより、ユーザーはin vitroおよびin vivoで幅広い光遺伝学実験を実行するために必要なすべてのコンポーネントを手に入れることができます。哺乳類細胞でPhyB-PIF3を使用するための指示と組み合わせることで、このプロトコルは、非エンジニアや生物学者がさまざまな状況でPhyBベースの光遺伝学を柔軟かつ効果的に使用できるようになります。

光遺伝学的ツールはユビキタスになりつつあり、遺伝子発現、細胞シグナル伝達などの生物学的プロセスを光学的に制御するための新しい技術が絶えず開発されています1,2,3。光で細胞プロセスを制御する能力は、光強度と露光時間によって制御できる高速動力学、厳密な空間制御、および線量依存的な調節を可能にします。これらのツールを使用するには、これらのパラメータを制御するデバイスが必要です。我々は最近、遺伝的にコードされたPhyB-PIF3哺乳類遺伝子スイッチを開発し、赤色光と遠赤色光を用いて遺伝子を可逆的に活性化および不活性化する4。このシステムは、いくつかの哺乳類細胞株でテストされ、光のパルスを含む非常に少量の光でも、比類のない遺伝子発現の誘導を可能にしました。PhyBスイッチおよび類似のツール5,6の使用を希望する研究者は、照明強度および持続時間を制御する方法に関する情報を頻繁に要求する。したがって、私たちは、光遺伝学のためのこれらのツールのより広い採用を可能にするために、段階的な指示でこのプロトコルを開発しました。
LEDが広く使用される前は、フィトクロム7などの光応答性タンパク質を研究するために、フィルター付きの広帯域光源が使用されていました。最近、いくつかのLED照明システムが光遺伝学的ツール8,9,10,11,12とともに公開されていますが、これらのプロトコルは、電子機器/ソフトウェアの重要な専門知識を必要とする場合、特殊な機器(3Dプリンター、レーザー切断機、フォトマスクなど)を必要とする場合、または一部の研究者が研究ニーズに合わせて展開する必要がある段階的な指示を提供しない場合があります。マルチウェルプレート内の個々のウェルの独立した制御は有用ですが、研究者が明暗または赤色光と遠赤色光で複数の異なるサンプルを比較するだけでよい場合は、多くの場合不要です。また、多くの既存の商用システムは高価であり、カスタマイズ機能は限られています。ただし、このプロトコルで説明されているLEDは、費用効果が高く、明るく、さまざまな方法で取り付けることができます。したがって、それらはいくつかの異なるタイプのサンプルを照らすために使用することができます。プロトコルと付属のソフトウェアを使用すると、紫外線(UV)からNIRまでのLEDをソフトウェアで使用および制御して、UVR813,14、Dronpa 15,16、LOVドメイン17,18、ステップファンクションオプシン19,20、CRY2 21,22、PhyB 4,23,24を使用した光遺伝学的実験を実行できます。、25、バクテリアフィトクロム26、27、28、29および他の光応答系30、31、32。
このプロトコルは、光刺激のさまざまなパラメータを制御するために必要な回路やその他のハードウェア、および光遺伝学的実験を実行するための分子/細胞ツールを組み立てるためのチュートリアルを構成します。さらに、Kyriakakisら4 から最適化されたプラスミドのうち、より小さく、クローニングに対してより安定なプラスミドを報告しています。このプロトコルを通じて、電子工学や光学の専門知識を持たない生物学者は、柔軟で堅牢な照明システムを構築できます。ステップバイステップで、LEDシステムを構築する方法を示し、光遺伝学的ツールのより広範な採用のための技術的なボトルネックを取り除きます。このシステムは、ワイヤーポートを備えていなくても、ほとんどの細胞培養インキュベーターで簡単に使用できます。たとえば、LEDシステムを加湿したCO2 インキュベーターに6か月以上連続して保管し、性能を低下させていません。また、LEDシステムをコンピュータに接続し、GitHub(https://github.com/BreakLiquid/LED-Control-User-Interfaces)で提供しているオープンソースソフトウェアとインターフェースする方法についても説明します。このプロトコルを使用してシステムを構築することで、研究者は潜在的な問題をデバッグし、部品を交換し、機能を改善/拡張するための基本的な知識を得ることができます。
システム概要
照明システムの構築には、(1)電子回路の構築、(2)周辺機器(電源コード、電源スイッチなど)の構築、(3)LEDの構築、(4)これらすべてのコンポーネントの組み立て、および(5)ユーザーインターフェイスでLEDを制御するソフトウェアのインストールが含まれます(図1A)。完成すると、照明システムはユーザーインターフェイスを使用して最大4つのLEDを個別に制御できます(図1B)。ユーザーインターフェイスにより、各LEDを指定された時間間隔でパルスし、指定された時間後にシャットオフすることができます。指定した時間に照明プログラムを開始するための開始遅延もあります。ポテンショメータ(POT)は、各LEDの強度を個別に調整するか、コンピュータなしで手動LED制御に使用できます。LEDへのワイヤは任意のカスタム長さにすることができ、インキュベーターまたはラボスペースに簡単に配置できます。これらのLEDは高出力であるため、離れた場所から1つのLEDで広い領域を照らすために使用できます。
LED ドライバの説明
LEDの強度に電力を供給して制御するために、このプロトコルは「LEDドライバ」を構築するための手順を実行します。各LEDには、動作する電圧範囲があります(図1C)。動作中、光強度を制御するレギュレータの出力電圧は、ポテンショメータによって調整できます。POTは抵抗を変化させ、出力電圧/輝度を調整します。1kΩ(1キロオーム)のPOTでチューニングすると、「高電圧回路」と呼ばれるものが得られ、範囲は1.35V〜2.9Vになります。 2.9Vは低電圧LEDを動作させるには高すぎるため(図1C)、低電圧LEDに一致するように範囲を制限する単一の変更(抵抗3または「R3」 補足図1A)を示します。R3は、ポテンショメータと並列に接続した場合、LEDに印加される最大電圧を1.85V( 補足図8に示すアセンブリ)に低下させる役割を果たします。電流の代わりに電圧を使用して輝度を制御することにより、システムは異なる動作電圧のLEDに対してより柔軟になります。 図1C には、最適な回路選択をガイドする高電圧LEDと低電圧LEDのリストが含まれています。この設計では、ポテンショメータがオフのときにLEDが完全にオフになり、電圧がLEDの標準動作電圧を超えることがないように、最小電圧を十分に低く保ちます。PhyBオプトジェネティクスには、低電圧回路を使用する深赤色および遠赤色LEDを使用します。
LEDコンピュータ制御システムの説明
LED照明システムは、コンピュータやマイクロコントローラなしで一定の照明に使用できます。ただし、パルスプログラムや個々のLEDタイミングの制御には、マイクロコントローラをインストールする必要があります。マイクロコントローラを使用してLEDを制御するには、マイクロコントローラを回路に接続するためのトランジスタが必要です。このトランジスタは、マイクロコントローラからの電圧を検出し、導電性または絶縁性から切り替わります。「オン」と「オフ」を制御するために、R2の両端で制御可能なシャントとして「NPNスイッチングタイプトランジスタ」(2N2222)と呼ばれるものを使用します(補足図1A)。マイクロコントローラからの電圧がトランジスタベースに印加されると、トランジスタは導電性になり、LED電圧を低くしてLEDをオフにします。したがって、LEDとトランジスタのオンとオフの状態は、PCにインストールされているソフトウェアによって制御されるマイクロコントローラによって直接制御されます。
照明システムを作るには、次の手順が必要です:電気回路を構築します。電源、手動電源スイッチ、POT、およびマイクロコントローラー接続を構築します。LEDを構築します。照明システムに適合するようにブラックボックスを収容します。すべての配線とデバイスを接続します。LED制御ソフトウェアをインストールし、細胞を光で刺激します。デュアルルシフェラーゼアッセイを使用して遺伝子発現を測定します。

<table><tbody><tr><td>18AWG 2ピン 赤 黒線</td><td>Amazon</td><td>15M-28AWG-2468</td><td>LED を電源回路に接続するための安価な電線 https://www.amazon.com/gp/product/B072KGYH1M/ref=oh_aui_detailpage_o05_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>1K Ω ポテンショメータ</td><td>Amazon</td><td>52161500</td><td>2 x 1K Ω ポテンショメータ電位 + 2 x 黒色制御 Knob. https://www.amazon.com/gp/product/B00XIWA2GO/ref=oh_aui_detailpage_o00_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>20ゲージシリコンJSTコネクタ</td><td>Amazon</td><td>SIM&NAT 5.9 インチ 2 ピン オス メス JST RCY プラグ コネクタ</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/gp/product/B071XN7C43/ref=oh_aui_detailpage_o00_s01?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>22 AWG ソリッド ジャンパー ワイヤー</td><td>アマゾン</td><td>WJW-60B-R</td><td>Jameco Valuepro WJW-60B-R ワイヤー ジャンパー キット 350 各 22 AWG、14 長さ 10 色 各長さの 25. https://www.amazon.com/Jameco-Valuepro-WJW-60B-R-Jumper-Lengths/dp/B01KHWEB3W/ref=sr_1_5?s=industrial&ie=UTF8&qid=1519261370&sr=1-5&keywords=solid+wire+breadboard&dpID=51UopZhPJeL&preST=_SX342_QL70_&dpSrc=srch</td></tr><tr><td>560オーム1/2ワット1%公差</td><td>アマゾン</td><td>a14051600ux0301</td><td>Uxcell A14051600ux0301 60 ピース アキシャル リード 1% 公差 カラー リング 金属皮膜抵抗器 抵抗、560 オーム 1/2W. https://www.amazon.com/a14051600ux0301-Tolerance-Colored-Resistor-Resistance/dp/B016ZU2DGC/ref=pd_day0_328_9?_encoding=UTF8&pd_rd_i=B016ZU2DGC&pd_rd_r=XTM6KHQ3NT8DHWB1QWZN&pd_rd_w=txGNx&pd_rd_wg=ELyii&psc=1&refRID=XTM6KHQ3NT8DHWB1QWZN</td></tr><tr><td>820 オーム 1/2ワット 1% 公差</td><td>アマゾン</td><td>TTL-A-8035-50Ea</td><td>50Ea 金属皮膜抵抗 820 Ω 1% 1/2W (0.5W). https://www.amazon.com/50Ea-Metal-Film-Resistor-0-5W/dp/B00VGU2SS0/ref=sr_1_14?s=industrial&ie=UTF8&qid=1518045187&sr=1-14&keywords=1%2F2W+820+Ohm+resistor</td></tr><tr><td>A オス - B オス ケーブル (10 フィート)</td><td>Amazon</td><td>Part# 30-001-10B</td> <td>のセット https://www.amazon.com/gp/product/B001MSU1HG/ref=oh_aui_detailpage_o07_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>Ardiuino UNO 相当</td><td>Amazon</td><td>Elegoo EL-CB-001</td><td>UNO R3 ボード ATmega328P ATMEGA16U2 Arduino. https://www.amazon.com/gp/product/B01EWOE0UU/ref=oh_aui_detailpage_o03_s00?ie=UTF8&psc=1 Arduino ホルダー用 USB ケーブル付き</td></tr><tr><td></td><td>Digikey</td><td>X000018</td><td>非常にぴったりとフィットします https://www.digikey.com/product-detail/en/arduino/X000018/1050-1150-ND/8135632</td></tr><tr><td>回路とライトチャンバー用のブラックボックス</td><td>Amazon</td><td>1591ESBK</td><td>ハモンド 1591ESBK ABS プロジェクトボックス Black. https://www.amazon.com/gp/product/B0002BSRIO/ref=oh_aui_detailpage_o07_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>青色LED</td><td>Digikey</td><td>LXML-PB01-0040</td><td>LEDルクセオン反乱軍ブルーSMD。「サーベル 20mm スターベース」を使用 https://www.digikey.com/product-detail/en/lumileds/LXML-PB01-0040/1416-1029-1-ND/3961134</td></tr><tr><td>結束バンド</td><td>Amazon</td><td>sd027</td><td>Tarvol ナイロン結束バンド (100個入り) 8インチ セルフロック式結束バンド (ホワイト). https://www.amazon.com/Tarvol-Nylon-Locking-Cable-White/dp/B01MRD0JRR/ref=sr_1_7?s=hi&ie=UTF8&qid=1519261882&sr=1-7&keywords=Cable+ties&dpID=51zUNmuUjyL&preST=_SY300_QL70_&dpSrc=srch</td></tr><tr><td>コマンド冷蔵庫クリップ</td><td></td><td>Amazon17210CLR</td><td>ブラックボックス内に回路基板を保持するためのクリップ。 https://www.amazon.com/gp/product/B0084M69YM/ref=oh_aui_detailpage_o00_s01?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>シアン LED</td><td>Digikey</td><td>LXML-PE01-0070</td><td>LED LUXEON REBEL シアン SMD.「サーベル 20 mm スター ベース」を使用 https://www.digikey.com/products/en?keywords=1416-1031-1-nd</td></tr><tr><td>電気テープ - 3M スコッチ #35 電気テープ バリュー パック</td><td>アマゾン</td><td>03429NA</td><td>スコッチ 700 電気テープ、03429NA、3/4 インチ x 66 フィート https://www.amazon.com/Scotch-Electrical-Tape-4-Inch-66-Foot/dp/B001ULCB1O/ref=psdc_256161011_t1_B001B19FDK</td></tr><tr><td>ファーレッド LED 720nm</td><td>ルクシオン スター LED</td><td>LXML-PF01</td><td>遠赤色(720nm)LUXEON反逆型LED。「セイバー 20mm スターベース」を使用 https://www.luxeonstar.com/lxml-pf01-far-red-luxeon-rebel-led-260mW</td></tr><tr><td>赤外線LED 740nm</td><td>ウシオ</td><td>EDC740D-1100-S5</td><td>「スターXP 3535」ベースを使用 https://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC740D-1100-S5.pdf</td></tr><tr><td>赤外線LED 780nm</td><td>ウシオ</td><td>EDC780D-1100</td><td>「STAR XP 3535」ベースを使用 http://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC780D-1100.pdf</td></tr><tr><td>赤外線LED 810nm</td><td>ウシオ</td><td>EDC810D-1100</td> 「<td>STAR XP 3535」ベース http://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC810D-1100.pdf</td></tr><tr><td>赤外線LED 850nm</td><td>ウシオ</td><td>EDC850D-1100</td><td>を使用「STAR XP 3535」ベースを使用 http://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC850D-1100.pdf</td></tr><tr><td>グロメット</td><td>Amazon</td><td>Pico 6120D</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等品があります. https://www.amazon.com/Pico-6120D-Vinyl-Grommets-Package/dp/B0002ZG47G</td></tr><tr><td>ヘア/ワニ口クリップ</td><td>Amazon</td><td></td><td>1-3 / 4インチ(45 mm)-ヘアクリップシングルプロングメタルワニ口クリップヘアボウアクセサリー-シルバー、50個 https://www.amazon.com/gp/product/B00K09T3L8/ref=oh_aui_detailpage_o00_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>LEDベース</td><td>ルクシオンスターLEDLXB-RS20A</td><td></td><td>サーベル20mmスターブランクアルミニウムMCPCBベース反逆型LED https://www.luxeonstar.com/saber-20mm-star-blank-mcpcb-base-for-a-rebel-leds</td></tr><tr><td>LED PCBfoprウシオLED</td><td>アデュラLEDソリューション</td><td>STAR XP 3535パッケージLED</td><td>は、Ushio http://aduraled.com/product/pcb/1901-star-xp-3535-package-led</td></tr><tr><td>ロックタイトエポキシクリアマルチパーパス、0.85液量オンスシリンジ</td><td>アマゾン</td><td>1943587</td><td>ロックタイトエポキシクリアマルチパーパス、0.85液量オンスシリンジによる他の多くのLEDに適合します https://www.amazon.com/Loctite-Multi-Purpose-0-85-Fluid-Syringe-1943587/dp/B011INNBN0/ref=psdc_256243011_t4_B0044FBB8C</td></tr><tr><td>NTE熱収縮2:1アソートカラーとサイズ160個アマゾン</td><td></td><td>B000FIDTYG</td><td>これらは非常に一般的であり、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/NTE-Heat-Shrink-Assorted-Colors/dp/B000FIDTYG/ref=sr_1_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1519261282&sr=1-1&keywords=nte+shrink&dpID=41L5l7LCfiL&preST=_SX342_QL70_&dpSrc=srch</td></tr><tr><td>写真ハンギングベルクロストリップ</td><td>Amazon</td><td>PH204-16NA</td><td>これらを使用すると、多くの場所にLEDを吊るすことができます. https://www.amazon.com/Command-Picture-Hanging-16-Pairs-PH204-16ES/dp/B073XS3CHV/ref=pd_sim_60_5?_encoding=UTF8&pd_rd_i=B073XS3CHV&pd_rd_r=112KGQJNRRYD0RAT598H&pd_rd_w=3n34Q&pd_rd_wg=sRvec&psc=1&refRID=112KGQJNRRYD0RAT598H</td></tr><tr><td>電源</td><td>Amazon</td><td>tb013</td><td>他の9V 1.5Z AC/DCコンバータは、とにかく端を切り落とすので、何でもいい https://www.amazon.com/gp/product/B06Y1LF8T5/ref=oh_aui_detailpage_o07_s01?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>パワースイッチ ロッカースイッチ</td><td>Amazon</td><td>SIXQJZML</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等品があります。 https://www.amazon.ca/COOLOOdirect-Solder-Rocker-Switch-Toggle/dp/B071Y7SMVQ/ref=sr_1_31?_encoding=UTF8&c=ts&dchild=1&keywords=Boat+Rocker+Switches&qid=1594434474&s=sports&sr=1-31&ts_id=2438617011</td></tr><tr><td>角型コネクタ - 圧着ワイヤ用</td><td>Digikey</td><td>2183-1905-ND</td><td>6 角型コネクタ - ハウジング 黒 0.100" (2.54mm) https://www.digikey.com/product-detail/en/pololu-corporation/1905/2183-1905-ND/10450382?utm_adgroup=Rectangular%20Connectors%20-%20Housings&utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=Shopping_Product_Connectors%2C%20Interconnects_NEW&utm_term=&utm_content=Rectangular%20Connectors%20-%20Housings&gclid=Cj0KCQjwvIT5BRCqARIsAAwwD-QmETT-ko07ote5VQgodKvWU0uDG8GYN7Vj-6WVBBOWdSgPaPd9azAaAhVLEALw_wcB</td></tr><tr><td>赤色LED</td><td>Digikey</td><td>LXM3-PD01</td><td>LED LUXEON REBELディープレッドSMD。「セイバー20mmスターベース」を使用 https://www.digikey.com/products/en?keywords=1416-1701-1-nd</td></tr><tr><td>サンドペーパー</td><td>アマゾン</td><td>B002NEV6GS</td><td>3Mウェトルドリーサンドペーパー、03022、800グリット、3 2/3インチx 9インチ </td></tr><tr><td>ワイヤおよび回路部品をはんだ付けするための</td> https://www.amazon.com/3M-03022-Imperial-Wetordry-Sandpaper/dp/B002NEV6GS/ref=sr_1_1?dchild=1&keywords=3M+Imperial+Wetordry+3-2%2F3+in.+x+9+in.+800+Grit+Sandpaper+Sheets+%2810+Sheets-Pack%29&qid=1594435012&sr=8-1 <td>Amazon</td><td>Mudder 鉛フリーはんだワイヤ Sn99 Ag0.3 Cu0.7 、電気はんだ付け用ロジンコア付き 0.22lbs (0.6 mm)</td><td>これらは非常に一般的であり、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/Mudder-Solder-Electrical-Soldering-0-22lbs/dp/B01B61TWGY</td></tr><tr><td>回路を構築するためのはんだ付け可能なブレッドボード</td><td>Amazon</td><td>GK1007</td><td>Gikfun はんだ付け可能なブレッドボード 金メッキ仕上げプロトボード Arduino用PCB DIYキット (5PCSのパック) GK1007. https://www.amazon.com/gp/product/B071R3BFNL/ref=oh_aui_detailpage_o04_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>スペードドリルビット</td><td>Amazon Irwin</td><td>88811</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等品があります. https://www.amazon.com/Speedbor%C2%AE-Blue-GrooveTM-Standard-Length-Woodboring/dp/B017S9JXB2/ref=sr_1_10?ie=UTF8&qid=1519516560&sr=8-10&keywords=11%2F16+spade+bit</td></tr><tr><td>トランジスタ</td><td>ニューアーク</td><td>2N2222A</td><td>多くの場所から購入できます. http://www.newark.com/nte-electronics/2n2222a/bipolar-transistor-npn-40v-to/dp/10M4197</td></tr><tr><td>電圧レギュレータ</td>ー <td>Newark</td><td>LM317T</td><td>NTE956. https://www.newark.com/stmicroelectronics/lm317t/adjustable-linear-regulator-1/dp/89K0685?gclid=CjwKCAiAu9vwBRAEEiwAzvjq-1rmUi6lvOIFFt-BxttHXvmAeUoni4NM0BW-BtM_LMliSqxA9Xq4KxoCfikQAvD_BwE&mckv=sQqHZDDRz_dc|pcrid|219869297712|plid||kword|lm317t|マッチ|p|スライド||製品情報||PGRID|35966450488|PTAID|KWD-541160713|&s_kwcid=AL!8472!3!219869297712!p!!g!!LM317T&CMP=KNC-GUSA-SKU-MDC</td></tr><tr><td>Windows 10 タブレット</td><td>Amazon</td><td>B08BYTT79Y</td><td>Windows 10 PC なら何でもいい https://www.amazon.com/gp/product/B08BYTT79Y/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o01_s00?ie=UTF8&psc=1</td></tr><tr><td>細胞培養試薬</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Human Embryonic Kidney 293 cells HEK293</td><td>ATCC</td><td>ATCC CRL-1573</td><td>一般的な細胞株 https://www.atcc.org/products/all/CRL-1573.aspx</td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum</td><td>ThermoFisher</td><td>26140079</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等物があります。 https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/26140079#/26140079</td></tr><tr><td>Dulbecco'S Modified Eagle Medium High Glucose</td><td>ThermoFisher</td><td>11965&minus;092</td>これらは<td>非常に一般的であり、多くの同等物があります. https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/11965118?SID=srch-srp-11965118#/11965118?SID=srch-srp-11965118</td></tr><tr><td>10,000単位/ mLのペニシリンと10,000 μ;g/mL of streptomycin</td><td>ThermoFisher</td><td>15140122</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等物があります. https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/15140122?SID=srch-srp-15140122#/15140122?SID=srch-srp-15140122</td></tr><tr><td>White Corning 96-Well Solid Black or White Polystyrene Microplates</td><td>ThermoFisher</td><td>07-200-589</td><td>白いプレートが好ましいです。透明プレートは使用しないでください. https://www.fishersci.com/shop/products/costar-96-well-black-white-solid-plates-8/p-152852</td></tr><tr><td>PEI MAX - Transfection Grade Linear Polyethylenimine Hydrochloride (MW 40,000)</td><td>PolySciences</td><td>24765-1</td><td>別のトランスフェクション試薬と交換できます. https://www.polysciences.com/default/catalog-products/life-sciences/transfection-reagents/polyethylenimine-max-mw40000-high-potency-linear-pei/</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>装備品名</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>斜めプライヤー(110mm)</td><td>Amazon</td><td>Proskit 1PK-037S</td><td>これらは非常に一般的であり、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/iExcell-Diagonal-Cutting-Nippers-Chrome-Vanadium/dp/B076XYVS6Y/ref=sr_1_11?dchild=1&keywords=diagonal+cutting+pliers&qid=1594436230&sr=8-11</td></tr><tr><td>Dremil 3000 with cutting tool and grinder</td><td>Amazon</td><td>Dremel 3000</td><td>Dremel 3000-2/28 可変速回転工具キット - 1 アタッチメント &28 アクセサリー - グラインダー、サンダー、ポリッシャー、ルーター、彫刻. https://www.amazon.com/Dremel-3000-2-28-Attachments-Accessories/dp/B005JRJE7Y/ref=sr_1_3?dchild=1&keywords=Dremel+200-1%2F15+Two-Speed+Rotary+Tool+Kit&qid=1594436404&s=hi&sr=1-3</td></tr><tr><td>ドレミル切断および研削工具</td><td>Amazon</td><td>Dremel 200-1/15</td><td> https://www.amazon.com/Dremel-200-1-Two-Speed-Rotary-Tool/dp/B002BAHF8W/ref=sr_1_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1519268058&sr=1-1&keywords=dremel+200&dpID=41h9ZucnTYL&preST=_SY300_QL70_&dpSrc=srch</td></tr><tr><td>ドレミル研削チップ</td><td>アマゾン</td><td>ドレメル 84922</td><td>炭化ケイ素砥石. https://www.amazon.com/Dremel-84922-Silicon-Carbide-Grinding/dp/B00004UDKD/ref=sr_1_fkmr0_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1519268585&sr=1-1-fkmr0&keywords=dremel+tip+84922</td></tr><tr><td>EDSYN The Original Deluxe SOLDAPULLT</td><td>Amazon</td><td>DS017</td><td>はんだ/間違いを取り除くため. https://www.amazon.com/EDSYN-The-Original-Deluxe-SOLDAPULLT/dp/B006GOKVKI</td></tr><tr><td>虫眼鏡で手を差し伸</td>べる <td>アマゾン</td><td>SE MZ101B</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等品があります. https://www.amazon.com/SE-MZ101B-Helping-Magnifying-Glass/dp/B000RB38X8/ref=sr_1_4?s=hi&ie=UTF8&qid=1519268108&sr=1-4&keywords=Helping+hands&dpID=31GEhMw7WvL&preST=_SX300_QL70_&dpSrc=srch</td></tr><tr><td>ポインテッドノーズマイクロプライヤー</td><td>アマゾン</td><td>Hakko CHP PN-20-M</td><td>スチールスーパースペシャリティポインテッドノーズマイクロプライヤー、スムースジョー、1.0mm Nose. https://www.amazon.com/Hakko-PN-20-M-Specialty-Pointed-Pliers/dp/B00FZPGUBI/ref=sr_1_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1519268153&sr=1-1&keywords=Hakko+CHP+PN-20-M+Steel+Super+Specialty+Pointed+Nose+Micro+Pliers+with+Smooth+Jaws%2C+1.0mm+Nose&dpID=3109XRgwn3L&preST=_SX342_QL70_&dpSrc=srch</td></tr><tr><td>スモールスクリュードライバー</td><td>Amazon Wiha</td><td>26197</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/26197-Precision-Slotted-Phillips-Screwdrivers/dp/B01L46TEN2/ref=sr_1_1?s=hi&ie=UTF8&qid=1519268018&sr=1-1&keywords=Wiha+precision+set</td></tr><tr>は<td>んだごて</td><td>Amazon</td><td>Yihua 939D+ デジタルはんだ付けステーション</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等品があります. https://www.amazon.com/Professional-Digital-Soldering-Station-Switch/dp/B07YSCBZ4F/ref=psdc_13837391_t1_B07RVMZNYR</td></tr><tr><td>TraceTech No-Clean Flux Pen</td><td>Amazon</td><td>2507-N</td><td>Tech Spray 2507-N No-Clean Flux Dispensing Pen, 11.5 mL. https://www.amazon.com/Tech-Spray-2507-N-No-Clean-Dispensing/dp/B00DDF2FYS/ref=sr_1_1?dchild=1&keywords=2507-N&qid=1595469618&sr=8-1</td></tr><tr><td>Weller WSA350 120v ベンチ トップ スモーク アブソーバー</td><td>Amazon</td><td>WSA350</td><td>はんだ付け用 safety. https://www.amazon.com/Weller-WSA350-Bench-Smoke-Absorber/dp/B000EM74SK</td></tr><tr><td>ワイヤー ストリッパー</td><td>Amazon</td><td>CSP-30-7</td><td>これらは非常に一般的であり、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/Hakko-CSP-30-7-Stripper-Maximum-Capacity/dp/B00FZPHY7M/ref=psdc_553398_t5_B00FZPHMUG</td></tr><tr><td>IWISS IWS-3220M マイクロ コネクタ ピン圧着工具 0.03-0.52mm&sup2; 32-20AWG</td><td>アマゾン</td><td>IWS-3220M</td><td>これらは非常に一般的で、多くの同等物があります. https://www.amazon.com/gp/product/B078WPT5M1/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1</td></tr></tbody></table>

光遺伝学的実験のための簡便で汎用性の高い照明システムの構築

Building a Simple and Versatile Illumination System for Optogenetic Experiments

光を使用して生物学的プロセスを制御することで、研究者が多くの生物学的プロセスを操作できる精度と速度が向上しました。光学制御は、前例のない機能を解剖する能力を可能にし、新しい遺伝子治療を可能にする可能性を秘めています。ただし、光遺伝学的実験には、空間的、時間的、または強度制御を備えた適切な光源が必要であり、多くの場合、研究者にとってボトルネックになります。ここでは、利用可能なさまざまな光遺伝学的ツール用に簡単にカスタマイズできる低コストで用途の広いLED照明システムを構築する方法について詳しく説明します。このシステムは、調整可能なLED強度を備えた手動またはコンピュータ制御用に構成可能です。回路を構築し、コンピュータ制御にし、LEDを構築するための図解されたステップバイステップガイドを提供します。このデバイスの組み立てを容易にするために、いくつかの基本的なはんだ付け技術について説明し、LEDの制御に使用される回路についても説明します。オープンソースのユーザーインターフェイスを使用して、ユーザーはパーソナルコンピューター(PC)または安価なタブレットで光の正確なタイミングとパルスを自動化できます。この自動化により、LEDを用いて遺伝子やシグナル伝達経路など、大きな時間スケールにわたる細胞活動を制御する実験に有用です。このプロトコルでは、必要なすべての部品を構築したり、照明システムを使用して光遺伝学的実験を実行したりするために、エレクトロニクスに関する事前の専門知識は必要ありません。

このプロトコルは、PhyBおよびPIF3を使用して赤色および遠赤色光で遺伝子発現を制御するための光遺伝学的実験を実行する方法について説明しています。コンピュータで遺伝子発現やその他の光遺伝学の制御を可能にするシンプルで柔軟な照明システムを構築するためのステップバイステップの説明が含まれています。

Controlling biological processes using light has increased the accuracy and speed with which researchers can manipulate many biological processes. Optical ...

このシステムにより、研究者は光遺伝学的実験用の安価で汎用性の高い照明システムを簡単に構築できます。この技術の利点には、可視近赤外スペクトルにまたがる利用可能な波長でLED照明タイミングをプログラムできること、およびLEDをさまざまな状況で使用できることが含まれます電気回路を構築するには、プリント回路基板を補助の手にクリップし、ジャンパー線を挿入し、それらを接続してA1およびA3ピンホールをアースに形成します。 D2ジャンパー線をD6ピンホールに接続し、電源と7番のジャンパー線をA7ピンホールに接続します。端子を45度曲げて、磁束を追加します。はんだ付け後、ワイヤーの裏側をトリミングします。はんだ付けされたメス線の一方の端をワイヤコネクタにA5穴に挿入します。次に、抵抗器の一端をA5穴に接続します。コネクタのもう一方の端をアースに接続します。次に、抵抗器のもう一方の端をグランドに接続し、接続をはんだ付けします。Arduinoコネクタの場合は、ワイヤの端をワイヤコネクタに圧着し、圧着された端を長方形のコネクタに押し込みます。LEDを設定するには、上からはんだを加えながら、下から加熱してワイヤーを錫メッキします。大きなはんだ付けチップの上にたっぷりのはんだを置き、チップを使用してフラックスを含む接点のLEDベースを加熱します。数秒後、各接点にはんだを個別にドラッグし、ヘアクリップを使用して黒いワイヤーをカソードに固定します。大きなはんだ付けチップにたっぷりのはんだを置き、LEDベースのはんだが溶けるまでチップをワイヤーに押し付けます。ワイヤーを所定の位置に保持しながら、ワイヤーを押したままはんだごてを取り外します。LED接続用のパッドに少量のはんだペーストを置き、鉗子を使用してLEDをパッドの上に置きます。事前に錫メッキされた赤いワイヤーをアノードに保持し、ヘアクリップを使用してワイヤーをクリップします。示されているように大きな先端にはんだを追加し、LEDベースのはんだが溶けてはんだペーストが溶けて銀色になるまで、先端を接続に押し付けます。LEDワイヤーを作成するには、長さにカットされたワイヤーの上に4.76ミリメートルのシュリンクチューブを配置し、ワイヤー対ワイヤコネクタの上に3.18ミリメートルのシュリンクチューブを配置します。ワイヤの端を剥がしてフラックスを追加します。助け手を使ってワイヤをワイヤにクリップし、コネクタの端を1本のワイヤの端でねじります。材料をはんだ付けし、もう一方のワイヤを同じ方法でセットアップに取り付けてはんだ付けします。次に、LEDベースの下にテープでLEDワイヤーを補助手にクリップします。次に、製造元の指示に従ってエポキシを混合し、はんだ付けされたLEDの上部にエポキシを広げます。スペードドリルビットを使用して、LEDを配置するボックスの上部に1.5センチメートルの穴を開け、高速回転ツールを使用して穴の片側にノッチを作り、LEDワイヤー用のスペースを作ります。LEDが照らす穴を覆うブラックボックスに25〜30ミリメートルのプライバシーフィルムをテープで留め、ブラックボックスの外側のLEDを穴の上にテープで留めます。4つのLED制御システムの場合、ボックスの蓋に3.81センチメートル離して0.83センチメートルの穴を4つ開け、高速回転ツールを使用して、左上隅に1.19 x 1.90センチメートルの長方形の穴を開けます。スペードドリルビットを使用して、ボックスの背面に1.5センチメートルの穴を開け、グロメットを穴に挿入します。コンピュータ制御のLEDの場合、ボックス内のマイクロコントローラが接着される領域とマイクロコントローラホルダの底面をサンドペーパーで表します。マイクロコントローラをホルダにスナップし、ホルダとボックスを一緒にエポキシ化してから、ホルダをブラックボックスに固定します。次に、クリップに両面テープを置き、クリップをボックス内に固定します。フィコシアニンビリンを発現するがフィコシアニンBを発現しないようにトランスフェクトされたサンプルでは、レポーターDNAの量が増えるにつれて漏れが増加します。さらに、フィコシアニンビリンクロモファー産生プラスミドを含むフィトクロムB遺伝子スイッチ全体を遠赤色光で照射すると、トランスフェクションミックス内のレポーター構築物の量の増加とともにルシフェラーゼ発現も増加します。同様に、光感受性細胞が赤色光で照らされると、ルシフェラーゼ発現もレポーター量の増加とともに増加する。赤色光処理細胞の誘導レベルを遠赤色光処理細胞と比較すると、レポーターの量の増加に伴ってフォールド活性化のわずかな減少が見出される。電気回路を構築するときは、各ステップを注意深く実行し、各コンポーネントをはんだ付けする前に、ピンホール番号を行ごとに再確認することが不可欠です。このプロトコルは、さまざまな波長を使用した多くの種類のサンプルまたは光遺伝学的ツールの光刺激に使用でき、照明スケジュールのプログラミングを可能にします。

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光遺伝学的実験のための簡便で汎用性の高い照明システムの構築

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