Feeding Experimentation Device (FED): Bouw en Validatie van een open-source-apparaat voor het meten van voedselinname bij knaagdieren

Het algemene doel van het voedingsexperimentapparaat is om een open source apparaat te creëren dat de voedselinname kan meten in een thuiscat in muizen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van voeding en obesitas, zoals of specifieke neurale circuits verschillende patronen van voedselinname kunnen veroorzaken. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het open source is en compatibel met thuiscatten.

Het kan voedselinname meten zonder gespecialiseerde apparatuur of kooi. We hadden eerst het idee voor deze methode toen we de voedselinname bij grote aantallen muizen met de hand afgewogen. Dit was tijdrovend en vatbaar voor fouten.

Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de fabricagefasen moeilijk te leren kunnen zijn. Begin met het voorbereiden van vier tweepins connectorparen en label beide mannelijke en vrouwelijke kanten A, B, C en D respectievelijk, verwijder vervolgens de rode draad van beide kanten van het connectorpaar D. Bereid vervolgens een driepins connectorpaar voor en label beide mannelijke en vrouwelijke kanten E. Soldeer vrouwelijke stackbare headers met sockets aan de bovenkant van de microcontroller. Knip uitstekende draden van headers aan de onderkant van de microcontroller af, verbind vervolgens de vrouwelijke stackbare headers met sockets bovenop de secure digital, of SD, data logging shield.

Laat uitstekende draden aan de onderkant van de shield. Als ze aanwezig zijn, jumper de SCL, SDA, MOSI, MISO en SCK pads aan de onderkant van de SD shield. Als ze niet aanwezig zijn, negeer deze stap.

Hierop, bevestig mannelijke headers op de Motor Shield met pinnen die uit de onderkant steken. Soldeer de headers op de Motor Shield. Zorg ervoor dat de VIN jumper op zijn plaats is boven de krachtblok op de Motor Shield.

Plaats een drie volt lithiumcel batterij in de SD shield. Om de aan/uit-knop te monteren, soldeer de tweepins mannelijke connector A naar C1 met rode draad, en A naar grond met zwarte draad, evenals B naar positief met rode draad en B naar NO1 met zwarte draad. Verkrijg alle verbindingen met heatshrink.

Soldeer de fotointerrupter en een 4.7 K weerstand op de breakout board. Knip uitstekende draden van de achterkant van de fotointerrupter breakout board af. Bevestig de mannelijke driepins connector E aan de achterkant van de breakout board, rode draad naar PWR, groene draad naar GND en witte draad naar SIG, soldeer vervolgens de tweepins vrouwelijke connector A naar vijf V en grond pinnen op de boost board, evenals de zwarte draad van de mannelijke connector D naar de extra GND pin op de boost board.

Verbind vervolgens de tweepins connector C met de terminals van een BNC jack door de rode draad naar de centrale pin en de zwarte draad naar de buitenste pin te plaatsen. Monteer de Motor Shield door de rode en zwarte draden van de vrouwelijke connector B samen te draaien en te solderen naar VIN. Soldeer vervolgens het volgende.

Eén, de zwarte draad van de vrouwelijke connector C naar de grond pin naast AREF en de rode draad van deze connector naar pin drie. Twee, de zwarte draad van de vrouwelijke connector D naar de grond pin naast VIN, en drie, de groene draad van de vrouwelijke connector E naar de grond pin naast vijf V, de rode draad van deze connector naar vijf V, en de witte draad van deze connector naar pin twee. Begin met het verbinden van de FTDI breakout board met de programmeerpinnen van de microcontroller en verbind vervolgens de FTDI breakout board met de computer via een micro USB kabel.

In de software, klik op de upload knop om het voedingsexperimentapparaat, of FED sketch, naar de breakout board te sturen. Vervolgens bevestig de vijf volt stepper motor op de 3D geprinte motor montage met twee nummer zes een vierde inch plaatmetaal schroeven, plaats vervolgens de roterende schijf in de motor montage en druk naar beneden om het veilig aan de as van de stepper motor te bevestigen. Draai de 3D geprinte voedsel silo naar de motor montage, zorg ervoor dat de pellet nivelleerarm boven het gat in de motor montage is.

Verbind vervolgens de nieuw verbonden stukken aan de bovenkant van de geprinte basis, met de stepper motor naar de achterkant van de basis en het gat in de voorkant gepositioneerd. Knip de vijfpins connector van de stepper motor draden af en strip ongeveer twee millimeter van het einde van elke draad, verbind vervolgens de draden van de stepper motor met de terminal blok connectors op de Motor Shield, rood naar grond, oranje en roze naar één motorpoort en blauw en geel naar de andere motorpoort. Verwijder vervolgens het net van de aan/uit-knop en plaats de aan/uit-knop in het gat aan de rechterkant van de basis.

Beveilig de knop op zijn plaats met een zeskantmoer. Plaats de fotointerrupter in zijn 3D geprinte behuizing en bevestig de behuizing in de FED basis met twee één inch nylon schroeven en bijbehorende moeren. Plaats vervolgens de BNC connector in het gat aan de linkerkant van de FED basis.

Beveilig op zijn plaats met moer, verbind vervolgens een 3.7 volt batterijpakket met de DC-DC boost converter module via de tweepins verbinding. Schroef de boost board in de kast met nummer twee een vierde inch stalen plaatmetaal schroeven, monteer vervolgens de microcontroller binnen de basis met FTDI verbindingen gericht op de aan/uit-knop met nummer vier een vierde inch stalen plaatmetaal schroeven, stapeld vervolgens de Motor Shield en data logging shield bovenop de microcontroller. Monteer de boost board met de microSD slot naar beneden wijzend.

Verbind tenslotte de vijf connectoren, A mannelijk naar A vrouwelijk, B mannelijk naar B vrouwelijk, en zo verder. Plaats de batterij in de 3D geprinte basis, schuif de voor- en achterkant covers op de FED, vul de trechter met pellets en plaats het deksel op de trechter. Nadat de montage compleet is, plaats een SD kaart in de data logging shield, zet de FED systeem aan met de aan/uit-knop, en test de apparaat functionaliteit.

Verwijder handmatig vijf tot tien pellets uit de voedselbak en bevestig dat vervangende pellets worden uitgedeeld. Verwijder ten slotte de SD kaart en verifieer dat de gegevens correct zijn gelogd. Na een week habituatie periode, werd de voedsel trechter verwijderd en vervangen door een FED voor vijf dagen validatie testen.

Pellet ophalen voor individuele muizen toont continue voeding gedurende de validatie test periode, met duidelijk gevisualiseerde circadiane rhythmiciteit. Om de nauwkeurigheid van FED te kwantificeren, we