Böcek ortaya çıkışı desenler tespiti için hassas ve özerk bir sistem
January 9th, 2019
Ölçüm böcek ortaya çıkması kalıplarının duyarlık gerektirir. Sadece yarı otomatik ve örnek boyutu sınırlıdır varolan sistemlerdir. Biz bu konularda mikrodenetleyiciler tam olarak ortaya çıkan böcekler çok sayıda ortaya çıkması zamanı ölçmek için kullanılan bir sistemin tasarlayarak ele.
Bu yöntem, kronobiyoloji ve stres fizyolojisi alanındaki anahtar soruların cevaplatına yardımcı olabilir, örneğin hangi ipuçlarıböcek ortaya çıkış Zamanını etkiler. Bu tekniğin en büyük avantajı otomatik olmasıdır ve çok sayıda böceğin ortaya çıkışını ölçmek için kullanılabilir. Yapılandırılan her kanal için aşağıdaki parçalar gereklidir.
Bir kolektör manifoldu, bir uç kapağı, altı platform destek, dört tüp raf taban plakası ve dört tüp raf yüz plakaları. Üç platform destekleri ve 33 by 30 santimetrelik oluklu plastik parçası ile, inşa edilen kanal başına iki tüp raf platformları monte etmek için sıcak tutkal kullanın. İlk kızılötesi yayıcısı ve kızılötesi dedektör ve her iki katot için 22-gauge elektrik tel beş santimetre uzunluğunda anode bir 120 ohm direnç lehim tarafından toplayıcı manifoldu içine elektronik yükleyin.
Dedektörü kolektör manifoldunun bir soketine ve yayıcıyı ikinci sokete dikkatlice takın. Her iki bileşen de rahatça uymalıdır. Dedektör kablolarını kablo kanalından besleyin ve her iki kabloyu da erişim deliğinden çekin.
Arka sıra pimleri kullanarak bir RJ45 ethernet jakına dört kabloyu da lehimle. Her iki anod soldaki pime, yayıcısın sağdaki pime katot ve dedektörün katotlu suorta pimlerine lehimlenmelidir. RJ45 jakını kolektör manifoldu erişim deliğinin üzerine sıcak tutkalla sabitleyin ve manifoldun içine çıplak tellerin dokunmamasını sağlar.
Daha sonra, Arduino nano, temp, clock ve SD modülü için etiketlenmiş deliklerden kadın başlıkları lehimleyerek sistem için merkezi işlemcinin yapımına başlayın. Ayrıca, LCD ekran için PCB kartının sol üst köşesindeki delikten etiketsiz ikişer beşe kadar bir kadın başlığıle. PCB kartının alt kenarı boyunca altı RJ45 jakı içeri ve lehimle.
Lehim altı 470 kilo ohm pull-down rezistanslar aracılığıyla delik siteleri, rj45 jakları hemen üzerinde bulunan. Arduino nano, DHT sıcaklık ve nem sensörü, saat ve SD modülünü PCB kartına töyiyorum. Son olarak, PCB kartının LCD ekran konektörüne on konektörlü bir şerit tel bağlayın.
Algılama sistemi monte edildikten sonra, denemeyi çalıştırmadan hemen önce iki raf yükleyin ve yerleştirin. İlk olarak, raftaki tüm deliklerin kapağı çıkarılmış 0,5 mililitrelik mikro-santrifüj tüp içerdiğinden ve tüplerin rahatça uyduğunu sağlayın. Her tüpü bir böcek kuluçka hücresi ile doldurun, düz kenar tarafının açıklığa dönük olduğundan emin olun.
Sonra bir hava yumuşak pelet ekleyin ve son olarak, bir metal BB. Daha sonra, rafın dibine doğru yuvarlak kenarı olan tüp raf ön plakasını yapıştırmak için çeyrek inç naylon vidalar kullanın. Tüp rafları raf platformuna yerleştirir. Yukarı bakacak şekilde açılanlarla başlayın ve metal BB'lerin serbest bırakılmadığından emin olmak için yavaşça yerine döndürün.
Raflar platformun kenarına yerleştirilmelidir, böylece metal bir BB yapının başka bir bölümüne karşı zıplamadan kolektöre serbestçe düşebilir. Adaptöre bir SD kart yerleştirin ve ardından arduino'ya bir mikro USB konektörü takarak merkezi işlemciyi, diğer ucunu da uygun bir USB bağdaştırıcısına takın. LCD ekran hazır olduğunda 1'den 6'ya kadar olan sayıları görüntüler.
Her kanalın top toplayıcısına tek bir metal BB bırakın ve ilgili sayımekranda görünmesini ve ekranın alt kısmında görüntülemek için doğru zaman için izleyin. Tüm böcekler ortaya çıktıktan sonra, Arduino'nun fişini çekerek aparatı indirin. Raflar yeniden kullanılmak üzere sökülüp temizlenebilir.
Ortaya çıkma denemesi sırasında, veriler SD kartta virgülle sınırlandırılmış bir dosyada depolanır. Verileri bilgisayara aktarmak için SD kartı ve verilerin kabarcık çizimlerini otomatik olarak oluşturmak için RStudio'yu kullanın. Hem olay hem de sıcaklık verileri veri bütünlüğü için aynı dosyaya kaydedilir.
Çözümlemeden önce, virgülle sınırlandırılmış dosyayı bir elektronik tablo programına aktarın. I ve J sütunları arıların ortaya çıkış tarihi ve saatidir. A'dan E'ye sütunları ikinci bir elektronik tabloya keserek ve yapıştırarak A ve B sütunlarını yapın ve daha fazla analiz için ayrı bir sıcaklık verisi dosyası olarak kaydedin.
Bu şekil, gelişim sırasında soğuk strese maruz kaldıktan sonra arının dört derece santigrat termo-termik dönemde ortaya çıkışlarını gösterir. Bu rakam, az önce görüldüğü gibi aynı veri kümesini gösterir, ancak bb'lerle tıkanmış altı kanaldan biri ile, sinyal eksikliği tekrar tekrar sayılırken grafikte büyük kabarcık oluşturur. Bu kanaldan gelen veriler haklı olarak çözümlemeden kaldırılabilir.
Bu yordamı denerken, bağlantıların çalıştığından emin olmak için lehimlenmiş tüm parçaları kontrol etmeyi unutmamak önemlidir. Bu teknik, geliştirildikten sonra kronobiyoloji ve stres fizyolojisi alanında araştırmacıların yalnız arılarda ortaya çıkma zamanlamasını hangi ipuçlarını etkilediğini keşfetmelerinin önünü açmıştır.
Genel Bakış
Bu makale, böceklerin ortaya çıkış desenlerini yüksek hassasiyetle ölçmek için tasarlanmış yeni bir otomatik sistem sunmaktadır. Mikrodenetleyicileri kullanarak sistem, mevcut yarı otomatik yöntemlerin sınırlarını aşarak, böcek ortaya çıkışı çalışmalarında daha büyük örneklem boyutlarına olanak tanır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kronobiyolojisi
- Stres Fizyolojisi
- Böcek Davranışı
Arka Plan
- Böcek ortaya çıkışını ölçmek için mevcut sistemler yarı otomatiktir.
- Sınırlı örneklem boyutları, ortaya çıkış desenlerinde araştırmaları engeller.
- Zamanlamadaki hassasiyet, böcek davranışını anlamak için kritik öneme sahiptir.
- Otomasyon, veri toplama verimliliğini artırabilir.
Çalışmanın Amacı
- Böcek ortaya çıkışını ölçmek için tamamen otomatik bir sistem geliştirmek.
- Araştırma çalışmalarında daha büyük örneklem boyutlarını kolaylaştırmak.
- Böcek ortaya çıkışının zamanlamasını etkileyen ipuçlarını keşfetmek.
Kullanılan Yöntemler
- Bir toplayıcı manifold ve tüp raf platformlarının inşası.
- Kızılötesi yayıcılar ve dedektörler dahil olmak üzere elektronik bileşenlerin entegrasyonu.
- Veri işleme için bir Arduino nano'nun kullanılması.
- Sonraki analizler için veri depolama SD kart üzerinde yapılması.
Ana Sonuçlar
- Sistem, böcek ortaya çıkışının zamanlamasını başarıyla ölçer.
- Veri bütünlüğü, eşzamanlı olay ve sıcaklık kaydıyla korunur.
- Böcek ortaya çıkış olaylarının otomatik sayımı sağlanır.
- Sonuçlar, çevresel koşulların ortaya çıkış zamanlaması üzerindeki etkisini göstermektedir.
Sonuçlar
- Geliştirilmiş sistem, böcek ortaya çıkış desenlerinin çalışmasını geliştirir.
- Kronobiyolojisi ve stres fizyolojisi araştırmacıları için güvenilir bir yöntem sunar.
- Gelecek çalışmalar, bu tekniği ortaya çıkış ipuçlarını daha fazla araştırmak için kullanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Automated detection of insect emergence patterns enables high-throughput, quantitative analysis of biological timing and stress responses, supporting mechanistic de-risking in early discovery. The system's scalability and precision facilitate robust hypothesis testing and cross-condition comparisons, directly impacting target validation and translational research in chronobiology and stress physiology. Integration of automated data capture and visualization enhances predictive confidence and portfolio decision-making for R&D teams investigating environmental or genetic modulation of emergence phenotypes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous interrogation of environmental and genetic cues affecting emergence timing.
- Supports functional validation of candidate pathways involved in stress physiology.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing high-resolution, quantitative emergence data.
- Improves predictive confidence for downstream biological hypotheses.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, scalable biological systems for compound or genetic screening.
- Standardizes emergence measurement across large sample sizes and multiple treatments.
- Delivers reproducible, quantitative outputs suitable for comparative analysis.
- Enables simultaneous evaluation of multiple experimental conditions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns emergence phenotypes with disease-relevant stress and chronobiology models.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation of timing-related biomarkers.
- Provides risk-adjusted data for advancing candidate interventions targeting biological rhythms.
- Enhances translational relevance by enabling species-specific system adaptation.
Pipeline & Workflow Integration
This automated emergence detection system fits within the early discovery to preclinical continuum, supporting hypothesis testing, screening, and translational research workflows.
- Discovery Biology: Enables precise null hypothesis testing and pathway clarification for emergence timing.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible measurement platforms for high-throughput studies.
- Analytics: Generates quantitative, time-stamped outputs and visualizations for robust statistical analysis.
- Translational Research: Facilitates adaptation to diverse insect models for biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Modular, 3D-printed design supports broad reuse and customization across R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in emergence studies.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and automated data collection for large sample sizes.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust cross-condition comparisons.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of chronobiology and stress physiology programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in electronics assembly and data analysis using R or similar platforms.
- Needs access to 3D printing, Arduino microcontrollers, and standard laboratory instrumentation.
- Demands cross-team standardization of data formats and analysis pipelines.
- Allows adaptation for different insect species via modular hardware design.
- Potential for channel clogging or hardware malfunction requires routine validation and troubleshooting.
