Alimentando Dispositivo Experimentação (FED): construção e validação de um dispositivo de código aberto para medição Food Intake em roedores
Summary
Feeding Experimentation Device (FED) is an open-source device for measuring food intake in mice. FED can also synchronize food intake measurements with other techniques via a real-time digital output. Here, we provide a step-by-step tutorial for the construction, validation, and usage of FED.
Abstract
Food intake measurements are essential for many research studies. Here, we provide a detailed description of a novel solution for measuring food intake in mice: the Feeding Experimentation Device (FED). FED is an open-source system that was designed to facilitate flexibility in food intake studies. Due to its compact and battery powered design, FED can be placed within standard home cages or other experimental equipment. Food intake measurements can also be synchronized with other equipment in real-time via FED’s transistor-transistor logic (TTL) digital output, or in post-acquisition processing as FED timestamps every event with a real-time clock. When in use, a food pellet sits within FED’s food well where it is monitored via an infrared beam. When the pellet is removed by the mouse, FED logs the timestamp onto its internal secure digital (SD) card and dispenses another pellet. FED can run for up to 5 days before it is necessary to charge the battery and refill the pellet hopper, minimizing human interference in data collection. Assembly of FED requires minimal engineering background, and off-the-shelf materials and electronics were prioritized in its construction. We also provide scripts for analysis of food intake and meal patterns. Finally, FED is open-source and all design and construction files are online, to facilitate modifications and improvements by other researchers.
Introduction
Com o aumento da obesidade global durante a última parte do século 20, não é renovada atenção sobre os mecanismos subjacentes alimentação 1, 2, 3, 4. Tipicamente, a ingestão de alimentos é pesado manualmente 5, ou com sistemas de alimentação comercialmente disponíveis. sistemas comerciais são excelentes, mas fornecem uma flexibilidade limitada em modificar seus desenhos ou código. Aqui, descrevemos o dispositivo de alimentação Experimentação (FED): um sistema de alimentação de fonte aberta para medir a ingestão de alimentos com resolução temporal fino e mínima interferência humana 6. FED é a pilhas e totalmente contido dentro de uma caixa impressa em 3D que pode caber dentro de gaiolas em rack colónia padrão ou outro equipamento científico.
No seu estado estacionário, FED opera em um modo de baixo consumo de energia com um descanso pellet alimentos em sua foOD bem. A presença do pelete é monitorizada através de um feixe de infravermelhos. Quando um rato remove uma pelota, um sensor Photointerrupter envia um sinal para o microcontrolador e o carimbo de tempo é registrado no cartão de bordo Secure Digital (SD). Ao mesmo tempo, uma saída lógica de transístor-transístor (TTL) fornece uma saída em tempo real da recuperação de sedimento. seguindo este evento imediatamente, o motor gira para dispensar uma outra pelota, eo sistema retorna ao seu modo de baixa energia. Devido à sua natureza de código aberto, FED pode ser modificada e melhorada para atender às necessidades específicas de investigação. Por exemplo, o código pode ser facilmente alterada para limitar a alimentação de momentos específicos do dia, ou para parar a distribuição, quando tiver sido atingido um certo número de peletes, sem a necessidade de intervenção humana.
Aqui, descrevemos as instruções passo-a-passo para a construção, validação e utilização de FED para medir a ingestão de alimentos em ratos. Nós fornecemos uma lista de todos os componentes para a construção de um sistema. É importante ressaltar que nenhum ex préviaperiência em eletrônica é necessário para construir FED.
Protocol
Representative Results
Discussion
O dispositivo de alimentação de Experimentação (FED) é um sistema de monitoramento da ingestão alimentar flexível. Aqui, descrevemos instruções detalhadas sobre como fabricar e solução de problemas do dispositivo, incluindo a montagem de 3D hardware impresso, soldagem de componentes elétricos, e upload de esboços para os microcontroladores. Embora seja importante seguir todas as etapas descritas no protocolo com cuidado, há passos críticos que merecem atenção extra em cada seção para garantir um produ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pelo Programa de Investigação Intramural do National Institutes of Health (NIH), o Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (NIDDK). Agradecemos a Seção NIH em Instrumentação e da Biblioteca NIH para obter ajuda com a impressão 3D.
Materials
| Electronics | |||
| Adafruit Motor/Stepper/Servo Shield for Arduino v2 Kit – v2.3 | Adafruit | 1438 | Use of other motor shields has not been tested and will require changes to the code |
| Adafruit Assembled Data Logging shield for Arduino | Adafruit | 1141 | Use of other data logging shields has not been tested and will require changes to the code |
| PowerBoost 500 Charger | Adafruit | 1944 | Other voltge regulator boards have not been tested, but should work if they have similar specifications |
| FTDI Friend + extras – v1.0 | Adafruit | 284 | Any FTDI-USB connection will work |
| Small Reduction Stepper Motor – 5VDC 32-Step 1/16 Gearing | Adafruit | 858 | Use of other stepper motors has not been tested |
| Arduino Pro 328 – 5V/16MHz | SparkFun | DEV-10915 | Other Arduino boards should work, although may require changes to the code |
| Photo Interrupter – GP1A57HRJ00F | SparkFun | SEN-09299 | Other photointerrupters will work, but may require changes to the 3D design |
| SparkFun Photo Interrupter Breakout Board – GP1A57HRJ00F | SparkFun | BOB-09322 | Other photointerrupters will work, but may require changes to the 3D design |
| Connectors, screws, and miscellaneous items | |||
| Shield stacking headers for Arduino (R3 Compatible) | Adafruit | 85 | Any stacking header that says Arduiono R3 compatible will work |
| Multi-Colored Heat Shrink Pack – 3/32" + 1/8" + 3/16" | Adafruit | 1649 | Any heatshrink will work |
| Hook-up Wire Spool Set – 22AWG Solid Core – 6x25ft | Adafruit | 1311 | Any wire will work |
| Lithium Ion Battery Pack – 3.7V 4400mAh | Adafruit | 354 | Any 3.7V Lithium battery with a JST connector will work |
| SD/MicroSD Memory Card (8GB SDHC) | Adafruit | 1294 | Any SD card will work |
| 50 Ohm BNC Bulkhead Jack (3/8" D-Hole) | L-com | BAC70A | Any BNC bulkhead will work |
| Type 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Sheet metal screw, No 6 size, 1/4" Length | McMaster-Carr | 90184A120 | Any screws of this specification will work |
| Type 316 Stainless Steel Pan Head Phillips Sheet metal screw, No 2 size, 1/4" Length | McMaster-Carr | 91735A102 | Any screws of this specification will work |
| Nylon 100 Degree Flat Head Slotted Machine Screw, 4-40 Thread, 1" Length | McMaster-Carr | 90241A253 | Any screws of this specification will work |
| Nylon Hex Nut, 4-40 Thread Size | McMaster-Carr | 94812A200 | Any nut of this specification will work |
| 2Pin JST M F Connector 200mm 22AWG Wire Cable | NewEgg | 9SIA27C3FY2876 | Any 2 pin connector will work for this connection |
| Metal Pushbutton – Latching (16mm, Red) | SparkFun | COM-11971 | Any push button or switch will work |
| Resistor Kit – 1/4W | SparkFun | COM-10969 | Any 1/4W resistors will work |
References
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