여기에서는 여러 복잡한 조명 체제를 관리하기 위한 Arduino 기반 발광 다이오드(LED) 컨트롤러인 Circadian Rave System을 구축, 프로그래밍 및 실행하기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다.
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방법 논문
여기에서는 여러 복잡한 조명 체제를 관리하기 위한 Arduino 기반 발광 다이오드(LED) 컨트롤러인 Circadian Rave System을 구축, 프로그래밍 및 실행하기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다.
조명의 정밀한 제어는 모든 생물 과학에서 광범위하게 응용되지만 일주기 연구보다 더 큰 응용 분야는 없습니다. 지구상의 생명체는 24시간 태양일에 동조하는 생리학과 행동의 내인성 조절자인 일주기 시계를 진화시켰습니다. 시계를 연구하기 위해 연구자들은 일주기 리듬을 동행하기 위해 빛이나 온도의 실험적 조작에 의존합니다. 현재 대부분의 실험실에서는 상업적으로 이용 가능하거나 사내에서 제작한 조명 장비를 사용하여 자연적인 주야간 사이클링을 모방하거나 방해합니다. 이러한 시스템은 프로그래밍 가능성과 정밀도가 제한되어 있고 표준화가 부족하며 경우에 따라 경제성이 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 우리는 여러 개의 독립적인 라이트 박스를 정밀하게 제어할 수 있는 맞춤형 소프트웨어 및 하드웨어 패키지인 Circadian Rave System을 개발했습니다. 우리는 이 시스템을 사용하여 향후 연구를 표준화할 수 있도록 자세한 하드웨어 빌드 가이드와 함께 소프트웨어를 오픈 소스로 만들었습니다. 이 시스템의 기능과 일주기 실험에서의 유용성을 입증하기 위해 우리는 다양한 빛 패러다임에서 초파리 의 수명과 활동을 측정하여 빛 조작을 통한 일주기 동기화와 중단을 보여주었습니다. 결론적으로, 우리는 전자 또는 프로그래밍에 대한 최소한의 사전 지식만으로도 모든 연구원이 사내에서 구축할 수 있는 표준화되고 확장 가능하며 저렴한 조명 시스템을 개발했습니다.
빛의 정밀한 제어는 동물과 관련된 거의 모든 실험에서 매우 중요합니다. 이러한 동물의 실험실 사육을 위해 복잡한 밝고 어두운 순환 체제를 프로그래밍할 수 있는 용량이 제한된 상업적으로 이용 가능한 인큐베이터를 구입할 수 있습니다. 복잡한 조명 체제를 프로그래밍하는 능력은 많은 연구 분야에 필요하지만 일주기 연구에서는 매우 중요합니다. 태양일에 연행되는 일주기 시계는 곤충에서 포유류에 이르기까지 생리학과 행동의 변화를 조절하는 내인성 진동기입니다1. 이처럼 일주기 연구는 발달2, 면역3, 인간 질병 병리학4 등 생물학 연구의 많은 분야에 스며들기 시작했습니다. 일주기 시계에 대한 연구는 타이밍, 강도 및 사이클링의 정밀한 제어를 통해 시계를 조작하거나 심지어 방해하기 위해 빛이나 온도를 사용하는 데 크게 의존합니다 5,6. 현재 일주기 실험에 사용하기 위해 이러한 변수를 제어하는 저렴하고 확장 가능하며 표준화된 시스템이 필요합니다.
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1. CRS 구축
참고: CRS는 연구원이 사내에서 구축하도록 설계되었으므로 모든 구성 요소는 여러 공급업체에서 상업적으로 구할 수 있습니다(재료 표). 예외는 PCB 인쇄 전문가가 상업적으로 생산하거나 저자에게 연락하여 상업적으로 생산해야 하는 인쇄 회로 기판(PCB)입니다. 상용 프로덕션의 경우 Gerber 파일은 GitHub 저장소(@Trincatalyst/CRS/Hardware/gerber/microcontroller_PCB)에 있습니다. 대학 공학부에는 일반적으로 PCB 인쇄 시설이 있습니다. 다음은 단일 CRS 장치를 구축, 품질 검사 및 프로그래밍하는 방법에 대한 자세한 지침입니다.
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CRS 개요
CRS는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로, 사용자는 장치당 최대 6개의 독립적인 LED 스트립에 대해 복잡한 조명 체계를 프로그래밍할 수 있습니다(그림 1A). 소프트웨어는 GitHub 저장소(@Trincatalyst/CRS/Software)에서 쉽게 다운로드할 수 있으며 소프트웨어의 메인 페이지에서 자세한 사용 지침을 찾을 수 있습니다(그림 1B). 하드웨어는 저렴하고 누구나 쉽게 구축할 수 있도록 설계되었으며 전자 제품에 대한 사전 지식이 필요하지 않습니다(그림 1C). 구성 요소는 선호하는 공급업체에서 공급할 수 있지만 성공적으로 테스트하고 사용한 소스를 나열했습니다(재료 표). 상업적으로 구입할 수 없는 유일한 구성 요소는 마이크로컨트롤러와 선택적 LED PCB이지만 둘 다 상업용 PC.......
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빛이 생리학과 행동에 어떤 영향을 미치는지 조사하려면 일반적으로 여러 조건이 병렬로 실행되는 복잡한 조명 일정이 필요합니다. 빛 노출의 타이밍과 강도를 정밀하게 제어하는 것도 이러한 일주기 실험에서 신뢰할 수 있고 재현 가능한 데이터를 위한 핵심입니다. 빛 순환은 기계식 타이머 플러그에 연결된 시중에서 판매되는 인큐베이터 또는 LED를 사용하여 달성할 수 있습니다. 그러나 이러한 시스템은 복잡한 조명 순환 매개변수를 프로그래밍하는 기능이 제한적이거나 전혀 제공되지 않으며 사용자가 수동으로 설정을 변경해야 하는 경우가 많습니다. CRS는 초파리 및 제브라피쉬(Danio rerio)와 같은 모델 유기체의 가벼운 연행을 가능하게 하는 간단하고 저렴한 솔루션입니다. 현재 일부 시스템이 존재하지만 각각 사용의 장점과 단점이 있습니다. 예를 들어, 하나의 시스템은 광범위한 광 파장을 제어할 수 있는 기능을 제공하지만, 장치
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저자는 공개할 것이 없습니다
DAM 시스템 및 설정 지침을 사용해주신 Edgar Buhl 박사와 James Hodge 교수에게 감사의 말씀을 전합니다. 또한 CRS 개발에 대한 지원과 지도에 대해 Paul Martin 교수에게도 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 이 작업은 Paul Martin 교수에게 수여된 BBSRC 보조금 BB/T001984/1의 지원을 받았습니다.
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| 100 & 오메가; 축 방향 THT 저항기 250 mW | 파넬 | 3496799 | 수량 = 6 |
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