Точные и автономной системы для обнаружения насекомых появление моделей
9 января 2019 г.
Измерение насекомых появление структур требует точности. Существующие системы являются только полуавтоматическими и образец размер ограничен. Мы рассмотрели эти вопросы путем разработки системы с использованием микроконтроллеров точно измерить время появления большого числа новых насекомых.
Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области хронобиологии и физиологии стресса, такие как то, что сигналы влияют на время появления насекомых. Основным преимуществом этой техники является то, что она автоматизирована и может быть использована для измерения появления большого количества насекомых. Для каждого построенного канала требуются следующие части.
Один коллектор многообразия, один конец крышки, шесть платформы поддерживает, четыре трубки стойки базовые пластины, и четыре трубки стойки лица пластин. С тремя опорами платформы и 33 на 30 сантиметров кусок гофрированного пластика, использовать горячий клей для сборки двух труб стойки платформ на канал строится. Установите электронику в коллектор многообразия, сначала припая 120 ohm резистор к аноду как инфракрасный излучатель и инфракрасный детектор и пять сантиметров длиной 22-калиберной электрической проволоки для обоих катодов.
Аккуратно вставьте детектор в одну розетку коллектора многообразия, а излучатель во вторую розетку. Оба компонента должны плотно прилегать. Кормите провода детектора через канал кабелей и протяните оба провода через отверстие доступа.
Solder все четыре провода к разъему RJ45 Ethernet, используя задний ряд булавок. Оба анода должны быть припой к левой булавке, катод излучателя к правой булавке, и катод детектора к любой из центральных штырей. Безопасный разъем RJ45 над коллектором многообразия отверстие доступа с горячим клеем, обеспечивая не голые провода касаются внутри многообразия.
Далее, начать строительство центрального процессора для системы путем припоя женские головки на через отверстия помечены для Arduino нано, темп, часы и модуль SD. Кроме того, припой женский заголовок на неоцелевой два на пять через отверстие в верхнем левом углу доски PCB для LCD-экрана. Привязать и припой шесть RJ45 гнезда вдоль нижнего края доски PCB.
Solder шесть 470 кг ohm выдвижной вниз резисторов в через отверстие сайтов, расположенных чуть выше RJ45 гнезда. Установите на доску PCB модуль Arduino nano, датчик температуры и влажности DHT, часы и модуль SD. Наконец, подключите десятиконнекторный ленточный провод к разъему LCD-экрана платы PCB.
После того, как система обнаружения была собрана, загрузите и поместите две стойки непосредственно перед запуском эксперимента. Во-первых, убедитесь, что все отверстия в стойке содержат 0,5 миллилитров микро-центрифуги трубки с крышкой удалены, и что трубы плотно подходят. Заполните каждую трубку с одним насекомым выводок ячейки, убедившись, что плоский край стороны сталкивается к открытию.
Затем добавьте одну воздушную мягкую гранулу, и, наконец, один металлический BB. Затем используйте четверть дюйма нейлоновые винты, чтобы прикрепить трубку стойку faceplate, с закругленным краем к нижней части стойки. Размещает стойки трубки на стойке платформы. Начните с отверстий, обращенных вверх, а затем аккуратно поверните на место, чтобы металлические BBs не были освобождены.
Стойки должны быть размещены на краю платформы, так что металлический BB может свободно падать в коллектор, не подпрыгивая от другой части структуры. Вставьте SD-карту в адаптер, а затем запустите центральный процессор, подключив разъем micro-USB в Arduino, а другой конец в любой соответствующий адаптер USB. Lcd экран будет отображать номера от одного до шести, когда готов.
Бросьте один металлический BB в шарик коллектора каждого канала, и смотреть на соответствующий счет, чтобы появиться на экране, и за правильное время для отображения в нижней части экрана. После того, как все насекомые появились, выключить аппарат, отключив Arduino. Стойки могут быть разобраны и очищены для повторного использования.
Во время эксперимента по появлению данные хранятся на карте SD в запятом файле. Используйте SD-карту для передачи данных на компьютер, а RStudio для автоматического создания пузырьков данных. Данные о событиях и температуре сохраняются в одном файле для целостности данных.
Перед анализом импорт запятого файла в программу электронной таблицы. Колонны I и J являются датой и временем появления пчел. Сделайте их столбцами A и B, разрезая и вставить столбцы A через E во вторую электронную таблицу, и сохраните в качестве отдельного файла данных о температуре для дальнейшего анализа.
Эта цифра отображает появление пчел под четырехградумным термо-периодом Цельсия после воздействия холодного стресса во время развития. Эта цифра показывает тот же набор данных, что и только что видел, но с одним из шести каналов забиты BBs, создавая большой пузырь на графике, как отсутствие сигнала неоднократно подсчитывается. Данные с этого канала могут быть обоснованно удалены из анализа.
При попытке этой процедуры, важно помнить, чтобы проверить все части припой, чтобы убедиться, что соединения работают. После своего развития, этот метод проложил путь для исследователей в области хронобиологии и физиологии стресса, чтобы исследовать, какие сигналы эффект сроки появления в одиночных пчел.
Обзор
В данной статье представлена новая автоматизированная система, разработанная для высокоточного измерения паттернов выхода насекомых. Благодаря использованию микроконтроллеров система преодолевает ограничения существующих полуавтоматических методов, что позволяет увеличить размер выборок в исследованиях выхода насекомых.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Хронобиология
- Физиология стресса
- Поведение насекомых
Введение
- Существующие системы измерения выхода насекомых являются полуавтоматизированными.
- Ограниченные размеры выборок препятствуют исследованию закономерностей выхода насекомых.
- Точность определения времени имеет решающее значение для понимания поведения насекомых.
- Автоматизация может повысить эффективность сбора данных.
Цель исследования
- Разработать полностью автоматизированную систему для измерения выхода насекомых из диапаузы.
- Обеспечить возможность использования больших выборок в исследовательских работах.
- Изучить факторы, влияющие на время выхода насекомых.
Используемые методы
- Сборка коллекторного манифольда и платформ с подставками для пробирок.
- Интеграция электронных компонентов, включая инфракрасные излучатели и детекторы.
- Использование Arduino nano для обработки данных.
- Хранение данных на SD-карте для последующего анализа.
Основные результаты
- Система успешно измеряет время выхода насекомых.
- Целостность данных обеспечивается одновременной регистрацией событий и температуры.
- Реализован автоматический подсчет случаев выхода насекомых.
- Результаты демонстрируют влияние условий окружающей среды на время выхода.
Выводы
- Разработанная система расширяет возможности изучения закономерностей выхода насекомых из диапаузы.
- Она представляет собой надежный метод для исследователей в области хронобиологии и физиологии стресса.
- В будущих работах данный метод может быть использован для дальнейшего изучения стимулов, инициирующих выход из диапаузы.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для отрасли
Автоматизированное определение паттернов вылета насекомых позволяет проводить высокопроизводительный количественный анализ биологических ритмов и стрессовых реакций, что способствует механистическому снижению рисков на ранних этапах поиска. Масштабируемость и точность системы облегчают надежную проверку гипотез и сравнение различных условий, что оказывает прямое влияние на валидацию мишеней и трансляционные исследования в области хронобиологии и физиологии стресса. Интеграция автоматизированного сбора и визуализации данных повышает прогностическую уверенность и эффективность принятия решений по портфелю для групп НИОКР, исследующих влияние факторов окружающей среды или генетическую модуляцию фенотипов вылета.
Стратегические применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проводить тщательный анализ влияния факторов окружающей среды и генетических сигналов на время появления из яйца.
- Обеспечивает функциональную валидацию потенциальных путей, участвующих в физиологии стресса.
- Способствует снижению механистических рисков за счет предоставления количественных данных о вылуплении с высоким разрешением.
- Повышает прогностическую достоверность последующих биологических гипотез.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка валидированных масштабируемых биологических систем для скрининга соединений или генетического скрининга.
- Стандартизация измерения выхода (emergence) для больших выборок и множества вариантов обработки.
- Получение воспроизводимых количественных результатов, подходящих для сравнительного анализа.
- Возможность одновременной оценки нескольких экспериментальных условий.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет фенотипы возникновения с моделями стресса и хронобиологии, имеющими значение для заболевания.
- Обеспечивает преемственность от этапа открытия до доклинической валидации биомаркеров, связанных с временными параметрами.
- Предоставляет скорректированные по риску данные для продвижения кандидатных методов вмешательства, направленных на биологические ритмы.
- Повышает трансляционную значимость за счет обеспечения адаптации системы с учетом видовых особенностей.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта автоматизированная система обнаружения выхода из кокона вписывается в континуум от ранних этапов поиска до доклинических исследований, поддерживая рабочие процессы тестирования гипотез, скрининга и трансляционных исследований.
- Фундаментальная биология: обеспечивает точную проверку нулевой гипотезы и уточнение путей возникновения в определенные временные интервалы.
- Скрининг: предоставляет готовые к анализу, воспроизводимые платформы измерения для высокопроизводительных исследований.
- Аналитика: генерирует количественные данные с временными метками и визуализации для проведения надежного статистического анализа.
- Трансляционные исследования: облегчает адаптацию к различным моделям насекомых для согласования биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: модульная конструкция, созданная с помощью 3D-печати, поддерживает широкое повторное использование и индивидуальную настройку в рамках программ НИОКР.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов и снижает неопределенность механизмов в исследованиях эмерджентности.
- Операционная ценность: обеспечивает стандартизированный, масштабируемый и автоматизированный сбор данных для больших выборок.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о продолжении или прекращении исследований (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет возможности проведения надежных сравнений между различными условиями.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию с учетом рисков и развитие программ в области хронобиологии и физиологии стресса.
Особенности реализации
- Требуется опыт в сборке электроники и анализе данных с использованием R или аналогичных платформ.
- Необходим доступ к 3D-печати, микроконтроллерам Arduino и стандартному лабораторному оборудованию.
- Требуется межкомандная стандартизация форматов данных и конвейеров анализа.
- Возможность адаптации для различных видов насекомых за счет модульного дизайна оборудования.
- Риск засорения каналов или неисправности оборудования требует регулярной валидации и поиска неисправностей.
