Feeding Experimentation Device (FED): Budowa i walidacja urządzenia typu open source do pomiaru spożycia pokarmu przez gryzonie

Ogólnym celem urządzenia do eksperymentów żywieniowych jest stworzenie urządzenia typu open source, które może mierzyć spożycie pokarmu w domowej klatce u myszy. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie żywienia i otyłości, takie jak to, czy określone obwody neuronalne mogą wpływać na różne wzorce przyjmowania pokarmu. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ona kompatybilna z klatką domową o otwartym kodzie źródłowym.

Może mierzyć spożycie pokarmu bez specjalistycznego sprzętu lub trzymania w klatkach. Po raz pierwszy wpadliśmy na pomysł tej metody, gdy ręcznie ważyliśmy spożycie pokarmu u dużej liczby myszy. Było to czasochłonne i podatne na błędy.

Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ etapy produkcji mogą być trudne do nauczenia. Zacznij od przygotowania czterech par złączy dwupinowych i oznacz odpowiednio stronę męską i żeńską A, B, C i D, a następnie usuń czerwony przewód z obu stron pary złączy D. Następnie przygotuj jedną parę złączy trzypinowych i oznacz zarówno stronę męską, jak i żeńską E.żeńskie złącza do układania w stosy z gniazdami na górnej stronie mikrokontrolera. Przypnij wystający przewód z gniazd na spodzie mikrokontrolera, a następnie połącz żeńskie złącza header z możliwością układania w stos z gniazdami na górze bezpiecznej cyfrowej lub SD osłony rejestrującej dane.

Pozostaw wystające przewody na dole ekranu. Jeśli takie istnieją, zworki na padach SCL, SDA, MOSI, MISO i SCK na spodzie tarczy SD. Jeśli ich nie ma, zignoruj ten krok.

Następnie przymocuj męskie nagłówki do osłony silnika za pomocą kołków wystających od dołu. nagłówki do osłony silnika. Upewnij się, że zworka VIN znajduje się na swoim miejscu nad blokiem zasilania na osłonie silnika.

Włóż trzywoltową baterię litową do osłony SD. Aby zmontować przycisk zasilania, dwupinowe złącze męskie A do C1 za pomocą czerwonego przewodu, a A do uziemienia za pomocą czarnego przewodu, a także B do dodatniego za pomocą czerwonego przewodu i B do NO1 za pomocą czarnego przewodu. Termokurczliwość wszystkich połączeń.

fotoprzerywacz i rezystor 4,7 K do płytki wyprowadzającej. Przypnij wystające przewody z tyłu płytki rozdzielacza fotoprzerywacza. Podłącz męskie trzypinowe złącze E z tyłu płytki rozdzielającej, czerwony przewód do PWR, zielony przewód do GND i biały przewód do SIG, a następnie dwupinowe złącze żeńskie A do pięciu V i pinów uziemiających na płytce boost, a także przewód od męskiego złącza D do dodatkowego pinu GND na płycie boost.

Następnie podłącz dwupinowe złącze C do zacisków gniazda BNC, umieszczając czerwony przewód do środkowego pinu, a przewód do zewnętrznego pinu. Zamontuj osłonę silnika, skręcając razem czerwony i przewód żeńskiego złącza B i do VIN. Na koniec następujące elementy.

Jeden, przewód złącza żeńskiego C do pinu uziemiającego obok AREF i czerwony przewód tego złącza do pinu trzeciego. Dwa, przewód złącza żeńskiego D do pinu uziemiającego obok VIN, i trzy, zielony przewód złącza żeńskiego E do pinu uziemiającego obok pięciu V, czerwony przewód tego złącza do pięciu V, oraz biały przewód tego złącza do pinu drugiego. Zacznij od podłączenia płytki wyprowadzającej FTDI do pinów programowania mikrokontrolera, a następnie podłącz płytkę rozdzielającą FTDI do komputera za pomocą micro USB.

W oprogramowaniu kliknij przycisk przesyłania, aby wysłać urządzenie do eksperymentowania z karmieniem lub szkic FED do tablicy wyłamującej. Następnie przymocuj pięciowoltowy silnik krokowy do wydrukowanego w 3D uchwytu silnika za pomocą dwóch wkrętów z blachy o numerze sześć jeden cal w kolorze czwartym, a następnie włóż obracającą się tarczę do mocowania silnika i dociśnij, aby bezpiecznie przymocować ją do wału silnika krokowego. Przekręć wydrukowany w 3D silos na żywność do mocowania silnika, upewniając się, że ramię poziomujące pelety znajduje się nad otworem w uchwycie silnika.

Następnie przekręć nowo połączone elementy do górnej części wydrukowanej podstawy, tak aby silnik krokowy był umieszczony z tyłu podstawy, a otwór znajdował się z przodu. Odetnij pięciopinowe złącze od przewodów silnika krokowego i zdejmij izolację około dwóch milimetrów od końca każdego przewodu, a następnie podłącz przewody z silnika krokowego do złączy listwy zaciskowej na osłonie silnika, czerwony do masy, pomarańczowy i różowy do jednego portu silnika, a niebieski i żółty do drugiego portu silnika. Następnie zdejmij siatkę z przycisku zasilania i włóż przycisk zasilania do otworu po prawej stronie podstawy.

Zabezpiecz przycisk na miejscu za pomocą nakrętki sześciokątnej. Umieść fotoprzerywacz w jego obudowie wydrukowanej w 3D i przymocuj obudowę do podstawy FED za pomocą dwóch jednocalowych nylonowych i odpowiednich nakrętek. Następnie włóż złącze BNC do otworu po lewej stronie podstawy FED.

Zamocuj nakrętkę, a następnie podłącz akumulator 3,7 V do modułu przetwornicy doładowania DC-DC za pomocą dwupinowego złącza. Przykręć płytkę wzmacniającą do obudowy za pomocą wkrętów z blachy stalowej numer dwa jeden czwarty cal, a następnie zamontuj mikrokontroler wewnątrz podstawy z połączeniami FTDI skierowanymi w stronę wyłącznika zasilania za pomocą wkrętów z blachy stalowej numer cztery jeden czwarty cal, a następnie ułóż osłonę silnika i osłonę rejestrującą dane na górze mikrokontrolera. Zamontuj płytę boost tak, aby gniazdo microSD było skierowane w dół.

Na koniec podłącz pięć złączy, męskie A do żeńskiego, B męskie do żeńskiego B i tak dalej. Umieść baterię w wydrukowanej w 3D podstawie, wsuń przednią i tylną pokrywę na FED, napełnij zbiornik granulkami i załóż pokrywę na lej. Po zakończeniu montażu włóż kartę SD do osłony rejestrującej dane, włącz system FED za pomocą przycisku zasilania i przetestuj działanie urządzenia.

Ręcznie wyjmij od pięciu do 10 granulek z dołka na żywność i upewnij się, że dozowane są zastępcze granulki. Na koniec wyjmij kartę SD i sprawdź, czy dane zostały prawidłowo zarejestrowane. Po tygodniowym okresie przyzwyczajenia pojemnik na żywność został usunięty i zastąpiony FED na pięć dni testów walidacyjnych.

Pobieranie osadów u poszczególnych myszy wykazuje ciągłe karmienie przez cały okres testów walidacyjnych, z wyraźnie uwidocznioną rytmicznością okołodobową. Aby określić ilościowo dokładność FED, każdy system FED otrzymał 1 000 granulek na okres testów walidacyjnych. FED rejestruje 95% granulek na karcie SD.

Po opanowaniu każdy FED można zbudować w około dwie do trzech godzin. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak skonstruować FED i zweryfikować jego użycie. Ze względu na jego otwarty charakter można dodać do FED dodatkowe możliwości, takie jak zachowanie instrumentalne, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania.