Alimentando Dispositivo Experimentação (FED): construção e validação de um dispositivo de código aberto para medição Food Intake em roedores

O objetivo geral do dispositivo de experimentação alimentar é criar um dispositivo de código aberto que possa medir a ingestão de alimentos em uma gaiola doméstica em camundongos. Esse método pode ajudar a responder a questões-chave nos campos da alimentação e da obesidade, como se circuitos neurais específicos podem conduzir a diferentes padrões de ingestão de alimentos. A principal vantagem dessa técnica é que ela é de código aberto e compatível com gaiolas domésticas.

Ele pode medir a ingestão de alimentos sem equipamento especializado ou gaiola. Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando estávamos pesando a ingestão de alimentos em um grande número de camundongos manualmente. Isso era demorado e propenso a erros.

A demonstração visual desse método é fundamental, pois as etapas de fabricação podem ser difíceis de aprender. Comece preparando quatro pares de conectores de dois pinos e rotule os lados macho e fêmea A, B, C e D, respectivamente, em seguida, remova o fio vermelho de ambos os lados do par de conectores D.Em seguida, prepare um par de conectores de três pinos e rotule os lados macho e fêmea E.Solde os cabeçalhos empilháveis fêmeas com soquetes na parte superior do microcontrolador. Prenda o fio saliente dos conectores na parte inferior do microcontrolador e, em seguida, conecte os conectores empilháveis fêmea com soquetes na parte superior do escudo de registro de dados digital ou SD seguro.

Deixe fios salientes na parte inferior da blindagem. Se existirem, coloque os pads SCL, SDA, MOSI, MISO e SCK na parte inferior da blindagem SD. Se eles não estiverem presentes, desconsidere esta etapa.

Depois disso, prenda os cabeçotes macho no Motor Shield com pinos salientes na parte inferior. Solde os cabeçalhos na blindagem do motor. Certifique-se de que o jumper VIN esteja no lugar acima do bloco de energia no Motor Shield.

Insira uma bateria de célula de lítio de três volts na blindagem SD. Para montar o botão liga / desliga, solde o conector macho de dois pinos A a C1 usando fio vermelho e A ao aterramento usando fio preto, bem como B ao positivo usando fio vermelho e B a NO1 usando fio preto. Termoencolhível todas as conexões.

Solde o fotointerruptor e um resistor de 4.7 K na placa de breakout. Prenda os fios salientes da parte traseira da placa de fuga do fotointerruptor. Conecte o conector macho de três pinos E na parte traseira da placa de fuga, fio vermelho no PWR, fio verde no GND e fio branco no SIG e, em seguida, solde o conector fêmea de dois pinos A a cinco V e os pinos de aterramento na placa de reforço, bem como o fio preto do conector macho D ao pino GND adicional na placa de reforço.

Em seguida, conecte o conector C de dois pinos aos terminais de um conector BNC colocando o fio vermelho no pino central e o fio preto no pino externo. Monte a blindagem do motor torcendo os fios vermelho e preto do conector fêmea B juntos e soldando ao VIN. Por fim, solde o seguinte.

Um, o fio preto do conector fêmea C para o pino de aterramento próximo ao AREF e o fio vermelho deste conector para o pino três. Dois, o fio preto do conector fêmea D para o pino de aterramento próximo ao VIN, e três, o fio verde do conector fêmea E para o pino de aterramento próximo a cinco V, o fio vermelho deste conector para cinco V e o fio branco deste conector para o pino dois. Comece conectando a placa breakout FTDI aos pinos de programação do microcontrolador e, em seguida, conecte a placa breakout FTDI ao computador por meio de um cabo micro USB.

No software, clique no botão de upload para enviar o dispositivo de experimentação de alimentação, ou esboço FED, para o quadro de breakout. Em seguida, prenda o motor de passo de cinco volts no suporte do motor impresso em 3D com dois parafusos de chapa metálica número seis de um quarto de polegada, insira o disco giratório no suporte do motor e empurre para baixo para prendê-lo com segurança ao eixo do motor de passo. Gire o silo de alimentos impresso em 3D no suporte do motor, certificando-se de que o braço nivelador de pellets esteja sobre o orifício no suporte do motor.

Em seguida, gire as peças recém-conectadas na parte superior da base impressa, com o motor de passo posicionado na parte de trás da base e o orifício posicionado na frente. Corte o conector de cinco pinos dos fios do motor de passo e descasque cerca de dois milímetros da extremidade de cada fio e, em seguida, conecte os fios do motor de passo aos conectores do bloco de terminais na blindagem do motor, vermelho ao terra, laranja e rosa a uma porta do motor e azul e amarelo à outra porta do motor. Depois disso, remova a rede do botão liga / desliga e insira o botão liga / desliga no orifício no lado direito da base.

Prenda o botão no lugar com uma porca sextavada. Coloque o fotointerruptor em seu invólucro impresso em 3D e prenda o invólucro na base FED com dois parafusos de nylon de uma polegada e porcas correspondentes. Em seguida, insira o conector BNC no orifício no lado esquerdo da base FED.

Prenda no lugar com a porca e, em seguida, conecte uma bateria de 3.7 volts ao módulo conversor de reforço DC-DC através da conexão de dois pinos. Aparafuse a placa de reforço na caixa usando os parafusos de chapa de aço número dois de um quarto de polegada e, em seguida, monte o microcontrolador dentro da base com as conexões FTDI voltadas para o interruptor de alimentação usando os parafusos de chapa metálica de aço número quatro de um quarto de polegada e, em seguida, empilhe o Motor Shield e a blindagem de registro de dados na parte superior do microcontrolador. Monte a placa de reforço com o slot microSD apontando para baixo.

Por fim, conecte os cinco conectores, A macho a A fêmea, B macho a B fêmea e assim por diante. Coloque a bateria dentro da base impressa em 3D, deslize as tampas frontal e traseira no FED, encha a tremonha com pellets e coloque a tampa na tremonha. Após a conclusão da montagem, insira um cartão SD no escudo de registro de dados, ligue o sistema FED com o botão liga/desliga e teste a funcionalidade do dispositivo.

Remova manualmente cinco a 10 pellets do poço de alimentos e confirme se os pellets de reposição são dispensados. Por fim, remova o cartão SD e verifique se os dados foram registrados corretamente. Após um período de habituação de uma semana, o funil de alimentos foi removido e substituído por um FED por cinco dias de testes de validação.

A recuperação de pellets para camundongos individuais mostra alimentação contínua durante todo o período de teste de validação, com ritmicidade circadiana claramente visualizada. Para quantificar a precisão do FED, cada sistema FED recebeu 1.000 pellets para o período de teste de validação. O FED registra 95% dos pellets no cartão SD.

Uma vez dominado, cada FED pode ser construído em aproximadamente duas a três horas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como construir um FED e validar seu uso. Devido à sua natureza de código aberto, recursos adicionais, como comportamento operante, podem ser adicionados ao FED para responder a perguntas adicionais.