Name: building a simple and versatile illumination system for optogenetic experiments
Uploaded: 2021-01-12T15:00:00
Duration: 6 min 41 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Building a Simple and Versatile Illumination System for Optogenetic Experiments at JoVE.com

Мы хотели бы поблагодарить Инсяо (Питера) Вана, Цзылян Хуана и Молли Аллен за тестирование различных версий светодиодной системы в процессе ее разработки. Эта работа была поддержана Институтом мозга и разума Кавли в Калифорнийском университете в Сан-Диего и Институтом Солка, Национальным научным фондом через Центр науки информации NSF по гранту CCF-0939370, грант NIH NS060847 и грант NIH R21DC018237.

<ol>
	<li>Klewer, L., Wu, Y. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-induced+dimerization+approaches+to+control+cellular+processes.">Light-induced dimerization approaches to control cellular processes.</a> Chemistry - A European Journal. 25 (54), 12452-12463 (2019).</li><li>Khamo, J. S., Krishnamurthy, V. V., Sharum, S. R., Mondal, P., Zhang, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+optobiology+in+intact+cells+and+multicellular+organisms.">Applications of optobiology in intact cells and multicellular organisms.</a> Journal of Molecular Biology. 429 (20), 2999-3017 (2017).</li><li>Mansouri, M., Strittmatter, T., Fussenegger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-controlled+mammalian+cells+and+their+therapeutic+applications+in+synthetic+biology.">Light-controlled mammalian cells and their therapeutic applications in synthetic biology.</a> Advanced Science. 6 (1), 1800952 (2019).</li><li>Kyriakakis, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosynthesis+of+orthogonal+molecules+using+ferredoxin+and+ferredoxin-NADP++reductase+systems+enables+genetically+encoded+PhyB+optogenetics.">Biosynthesis of orthogonal molecules using ferredoxin and ferredoxin-NADP+ reductase systems enables genetically encoded PhyB optogenetics.</a> ACS Synthetic Biology. 7 (2), 706-717 (2018).</li><li>Allen, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+AND-gated+drug+and+photoactivatable+Cre-loxP+system+for+spatiotemporal+control+in+cell-based+therapeutics.">An AND-gated drug and photoactivatable Cre-loxP system for spatiotemporal control in cell-based therapeutics.</a> ACS Synthetic Biology. 8 (10), 2359-2371 (2019).</li><li>Huang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+light-controllable+CAR+T+cells+for+cancer+immunotherapy.">Engineering light-controllable CAR T cells for cancer immunotherapy.</a> Science Advances. 6 (8), (2020).</li><li>Mancinelli, A. L., Rossi, F., Moroni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryptochrome,+phytochrome,+and+anthocyanin+production.">Cryptochrome, phytochrome, and anthocyanin production.</a> Plant Physiology. 96 (4), 1079-1085 (1991).</li><li>Hern&#225;ndez-Candia, C. N., Wysoczynski, C. L., Tucker, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+optogenetic+regulation+of+gene+expression+in+mammalian+cells+using+cryptochrome+2+(CRY2).">Advances in optogenetic regulation of gene expression in mammalian cells using cryptochrome 2 (CRY2).</a> Methods. 164-165, 81-90 (2019).</li><li>Bugaj, L. J., Lim, W. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+multicolor+optogenetics+in+microwell+plates.">High-throughput multicolor optogenetics in microwell plates.</a> Nature Protocols. 14 (7), 2205-2228 (2019).</li><li>Repina, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+illumination+devices+for+optogenetic+control+of+cellular+signaling+dynamics.">Engineered illumination devices for optogenetic control of cellular signaling dynamics.</a> Cell Reports. 31 (10), 107737 (2020).</li><li>M&#252;ller, K., Zurbriggen, M. D., Weber, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+gene+expression+using+a+red-+and+far-red+light-responsive+bi-stable+toggle+switch.">Control of gene expression using a red- and far-red light-responsive bi-stable toggle switch.</a> Nature Protocols. 9 (3), 622-632 (2014).</li><li>Gerhardt, K. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+open-hardware+platform+for+optogenetics+and+photobiology.">An open-hardware platform for optogenetics and photobiology.</a> Scientific Reports. 6, 35363 (2016).</li><li>Crefcoeur, R. P., Yin, R., Ulm, R., Halazonetis, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultraviolet-B-mediated+induction+of+protein-protein+interactions+in+mammalian+cells.">Ultraviolet-B-mediated induction of protein-protein interactions in mammalian cells.</a> Nature Communications. 4, 1779 (2013).</li><li>Chen, D., Gibson, E. S., Kennedy, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+light-triggered+protein+secretion+system.">A light-triggered protein secretion system.</a> The Journal of Cell Biology. 201 (4), 631-640 (2013).</li><li>Zhou, X. X., Chung, H. K., Lam, A. J., Lin, M. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+control+of+protein+activity+by+fluorescent+protein+domains.">Optical control of protein activity by fluorescent protein domains.</a> Science. 338 (6108), 810-814 (2012).</li><li>Zhou, X. X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+single-chain+photoswitchable+CRISPR-Cas9+architecture+for+light-inducible+gene+editing+and+transcription.">A single-chain photoswitchable CRISPR-Cas9 architecture for light-inducible gene editing and transcription.</a> ACS Chemical Biology. 13 (2), 443-448 (2018).</li><li>Wu, Y. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+genetically+encoded+photoactivatable+Rac+controls+the+motility+of+living+cells.">A genetically encoded photoactivatable Rac controls the motility of living cells.</a> Nature. 461 (7260), 104-108 (2009).</li><li>Kawano, F., Suzuki, H., Furuya, A., Sato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+pairs+of+distinct+photoswitches+for+optogenetic+control+of+cellular+proteins.">Engineered pairs of distinct photoswitches for optogenetic control of cellular proteins.</a> Nature Communications. 6, 6256 (2015).</li><li>Berndt, A., Yizhar, O., Gunaydin, L. A., Hegemann, P., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bi-stable+neural+state+switches.">Bi-stable neural state switches.</a> Nature Neuroscience. 12 (2), 229-234 (2009).</li><li>Gong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ultra-sensitive+step-function+opsin+for+minimally+invasive+optogenetic+stimulation+in+mice+and+macaques.">An ultra-sensitive step-function opsin for minimally invasive optogenetic stimulation in mice and macaques.</a> Neuron. 107 (1), 38-51 (2020).</li><li>Kennedy, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+blue-light-mediated+induction+of+protein+interactions+in+living+cells.">Rapid blue-light-mediated induction of protein interactions in living cells.</a> Nature Methods. 7 (12), 973-975 (2010).</li><li>Taslimi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+second-generation+CRY2-CIB+dimerizers+and+photoactivatable+Cre+recombinase.">Optimized second-generation CRY2-CIB dimerizers and photoactivatable Cre recombinase.</a> Nature Chemical Biology. 12 (6), 425-430 (2016).</li><li>Shimizu-Sato, S., Huq, E., Tepperman, J. M., Quail, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+light-switchable+gene+promoter+system.">A light-switchable gene promoter system.</a> Nature Biotechnology. 20 (10), 1041-1044 (2002).</li><li>M&#252;ller, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+red/far-red+light-responsive+bi-stable+toggle+switch+to+control+gene+expression+in+mammalian+cells.">A red/far-red light-responsive bi-stable toggle switch to control gene expression in mammalian cells.</a> Nucleic Acids Research. 41 (7), 77 (2013).</li><li>Levskaya, A., Weiner, O. D., Lim, W. A., Voigt, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+control+of+cell+signalling+using+a+light-switchable+protein+interaction.">Spatiotemporal control of cell signalling using a light-switchable protein interaction.</a> Nature. 461 (7266), 997-1001 (2009).</li><li>Levskaya, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+biology:+engineering+Escherichia+coli+to+see+light.">Synthetic biology: engineering Escherichia coli to see light.</a> Nature. 438 (7067), 441-442 (2005).</li><li>Kaberniuk, A. A., Shemetov, A. A., Verkhusha, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+bacterial+phytochrome-based+optogenetic+system+controllable+with+near-infrared+light.">A bacterial phytochrome-based optogenetic system controllable with near-infrared light.</a> Nature Methods. 13 (7), 591-597 (2016).</li><li>Redchuk, T. A., Omelina, E. S., Chernov, K. G., Verkhusha, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Near-infrared+optogenetic+pair+for+protein+regulation+and+spectral+multiplexing.">Near-infrared optogenetic pair for protein regulation and spectral multiplexing.</a> Nature Chemical Biology. 13 (6), 633-639 (2017).</li><li>Ong, N. T., Olson, E. J., Tabor, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+an+E.+coli+near-infrared+light+sensor.">Engineering an E. coli near-infrared light sensor.</a> ACS Synthetic Biology. 7 (1), 240-248 (2018).</li><li>Zhang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optogenetic+control+with+a+photocleavable+protein,+PhoCl.">Optogenetic control with a photocleavable protein, PhoCl.</a> Nature Methods. 14 (4), 391-394 (2017).</li><li>Lee, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporally+precise+labeling+and+control+of+neuromodulatory+circuits+in+the+mammalian+brain.">Temporally precise labeling and control of neuromodulatory circuits in the mammalian brain.</a> Nature Methods. 14 (5), 495-503 (2017).</li><li>Kim, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-gated+detection+of+protein-protein+interactions+with+transcriptional+readout.">Time-gated detection of protein-protein interactions with transcriptional readout.</a> eLife. 6, (2017).</li></ol>

У авторов нет конфликта интересов для раскрытия.

Светодиодная система, описанная здесь, использовалась в нашей лаборатории для оптимизации, характеристики и работы с несколькими оптогенетическими инструментами. В Kyriakakis et al.4 мы параллельно протестировали множество комбинаций переключателей генов PhyB-PIF. Затем мы использовали эту систему для тестирования импульсов света на разных частотах для измерения кинетики переключателя генов и эффективной интенсивности света. Эта система также использовалась для оптимизации и характеристики двух оптогенетических систем, которые используют синий свет для стимуляции 5,6. Поскольку только один светодиод должен быть достаточно ярким, чтобы активировать большинство оптогенетических инструментов, покупка системы с большим количеством светодиодов над каждой скважиной не всегда необходима. Эта установка недорогая, надежная, простая в перенастройке и не требует предварительного электрического опыта для соблюдения протокола сборки.
В дополнительных рисунках 31–38 описано, как включить в систему до четырех светодиодов. Хотя это может ограничить некоторые эксперименты, требующие большого количества параллельных условий, можно добавить больше светодиодов, заменив блок питания 9 В, используемый в этом протоколе, на блок питания с более высокой мощностью. Аналогичным образом, несколько светодиодов меньшей мощности могут быть подключены параллельно к каждой цепи. В этой последней схеме некоторые светодиоды не будут контролироваться индивидуально, но это может быть полезно, когда требуется много светодиодов для покрытия большей площади. Однажды ознакомившись с электроникой этой системы, есть много способов ее настроить. Дополнительные стратегии настройки системы включают размещение светодиода дальше или ближе к образцу и освещение через фильтры/диффузоры для однородных условий освещения или для предотвращения нагрева, как показано на дополнительном рисунке 23) и Allen et al.5. Еще одной примечательной особенностью нашего светодиодного дизайна является то, что он инкапсулирован в эпоксидную смолу и имеет сенсорную застежку на задней панели; это позволяет надежно разместить светодиод практически в любом месте: в инкубаторах, аквариумах, клетках для животных, стенах и т. Д.
Многие эксперименты, которые используют оптогенетику для контроля генов, сигнальных путей и другой клеточной активности, часто требуют пульсации, охватывают большие временные масштабы или должны выполняться в инкубаторе, поэтому требуют автоматизации или удаленных манипуляций без микроскопа. Эта светодиодная система непрерывно тестировалась в течение нескольких месяцев в увлажненном инкубаторе CO2 без каких-либо проблем. Кроме того, с обратимыми системами, такими как оптогенетические системы PhyB, экспериментатору может потребоваться запрограммировать специфические графики пульсирующего освещения. В нашей предыдущей работе4 мы использовали пульсирующие программы для проверки динамики обратимости переключателя PhyB-PIF3 в клетках млекопитающих через пользовательский интерфейс. Используя методологию, описанную в этой рукописи, программирование пульсирующего протокола легко, обеспечивая гибкость и автономность, необходимые для многих типов оптогенетических экспериментов, в удобной для пользователя форме.
Наиболее важные шаги в построении этой системы включают в себя сборку электрической цепи на плате печатной платы и подключение компонентов, которые подробно описаны в разделе 1 и разделе 2. Важно внимательно следить за каждым шагом в этих разделах и дважды проверять номера точечных отверстий строка за строкой перед пайкой каждого компонента. В разделе 2 объясняется, как настроить компоненты, которые будут подключены к цепи. Чтобы компоненты соединялись в правильной ориентации, особенно важно убедиться, что цвета черного и красного проводов на разъемах провода-провода совпадают. Небольшие оплошности в этих двух разделах, скорее всего, повлияют на функциональность системы. Действительно, первым шагом в устранении неполадок этого метода будет проверка того, что схема была построена правильно и что все соединения на месте. Во-вторых, особое значение имеет проверка качества пайки на наличие незакрепленных соединений и проводов на факельное сжигание проволочных волос, которые могут замыкать цепь. Третьим шагом будет обеспечение правильной работы светодиодов, что можно сделать с помощью блока питания или батареи 1,5 В, подрезав две клеммы светодиода зажимами аллигатора. Другим потенциально важным соображением является предотвращение нагрева (при использовании светодиодов на высокой мощности) или рассеивания света для более широкого распространения освещения. Чтобы решить эти проблемы, светодиоды могут быть установлены снаружи черного ящика с «пленкой конфиденциальности» внутри, как описано на дополнительном рисунке 23 и Allen et al.5. Из-за простоты этой системы разобрать ее для проверки, модификации, обновления или ремонта модульных компонентов не составит труда.
Другим критическим фактором для индуцируемых генных систем является рассмотрение того, сколько активации требуется или насколько утечка приемлема для контролируемой биологической системы. Как показано на рисунке 6, они могут варьироваться в зависимости от количества репортерной ДНК. Кроме того, эффективность трансфекции и, следовательно, количество копий репортерных конструкций в каждой ячейке будут различаться. Для некоторых экспериментов может быть выгодно сделать клеточную линию с фиксированным количеством репортерных или PhyB-компонентов генного переключателя и экран для клонов с желаемым диапазоном индуцированной экспрессии, как это обычно делается с системами, индуцируемыми лекарственными средствами. Из-за размера и нестабильности лентивирусной плазмиды pPK-2304 мы также сделали нелентивирусные плазмидные версии переключателя PhyB в магистрали PCDNA pPK-351 (Addgene #157921) и pPK-352 (Addgene #157922).
Создавая эту светодиодную систему освещения в соответствии с этим протоколом, пользователи имеют все компоненты, необходимые для выполнения широкого спектра экспериментов по оптогенетике in vitro и in vivo. В сочетании с инструкциями по использованию PhyB-PIF3 в клетках млекопитающих этот протокол позволит неинженерам и биологам гибко и эффективно использовать оптогенетику на основе PhyB в различных контекстах.

Оптогенетические инструменты становятся повсеместными, и постоянно разрабатываются новые технологии для оптического контроля биологических процессов, таких как экспрессия генов, клеточная сигнализация и многие другие 1,2,3. Способность управлять клеточными процессами с помощью света обеспечивает быструю кинетику, жесткий пространственный контроль и дозозависимую регуляцию, которая может контролироваться интенсивностью света и временем воздействия. Для использования этих инструментов необходимо устройство для управления этими параметрами. Недавно мы разработали генетически закодированный переключатель генов млекопитающих PhyB-PIF3, который обратимо активирует и деактивирует гены с помощью красного / дальнего красного света, соответственно4. Эта система была протестирована в нескольких клеточных линиях млекопитающих и позволила беспрецедентную индукцию экспрессии генов даже при очень небольшом количестве света, включая импульсы света. Исследователи, желающие использовать переключатель PhyB и аналогичные инструменты 5,6, часто запрашивают информацию о методах контроля интенсивности и продолжительности освещения. Поэтому мы разработали этот протокол с пошаговыми инструкциями, чтобы обеспечить более широкое внедрение этих инструментов для оптогенетики.
До широкого использования светодиодов широкополосные источники света с фильтрами использовались для изучения светочувствительных белков, таких как фитохромы7. Недавно некоторые системы светодиодного освещения были опубликованы вместе с оптогенетическими инструментами 8,9,10,11,12, но эти протоколы могут потребовать значительных знаний в области электроники / программного обеспечения, требуют специализированного оборудования (например, 3D-принтеров, станков лазерной резки или фотомаск) или не предоставляют пошаговых инструкций, которые некоторые исследователи должны будут развернуть для своих исследовательских нужд. Хотя независимое управление отдельными скважинами в многолуночной пластине может быть полезным, оно часто не требуется, когда исследователям нужно только сравнить несколько различных образцов в светлом и темном или красном свете с дальним красным светом. Кроме того, многие существующие коммерческие системы являются дорогостоящими, с ограниченными возможностями настройки. Тем не менее, светодиоды, описанные в этом протоколе, являются экономически эффективными, яркими и могут быть установлены различными способами; поэтому их можно использовать для освещения нескольких различных типов образцов. С помощью протокола и программного обеспечения светодиоды в диапазоне от ультрафиолета (UV) до NIR могут использоваться и управляться с помощью программного обеспечения для выполнения оптогенетических экспериментов с использованием UVR8 13,14, Dronpa 15,16, доменов LOV17,18, ступенчатой функции Opsins19,20, CRY2 21,22, PhyB 4,23,24 ,25, бактериальные фитохромы 26,27,28,29 и другие светочувствительные системы 30,31,32.
Этот протокол представляет собой учебное пособие по сборке схем и другого оборудования, необходимого для управления различными параметрами световой стимуляции, а также молекулярные / клеточные инструменты для запуска оптогенетического эксперимента. Кроме того, мы сообщаем о плазмидах, оптимизированных из Kyriakakis et al.4 , которые меньше и более стабильны для клонирования. С помощью этого протокола биологи, не имеющие опыта в электронике и оптике, могут создавать гибкие и надежные системы освещения. Шаг за шагом мы показываем, как создавать светодиодные системы, устраняя техническое узкое место для более широкого внедрения оптогенетических инструментов. Эта система может быть легко использована в большинстве инкубаторов клеточных культур, даже если они не содержат проводных портов. Например, мы храним светодиодную систему в увлажненном инкубаторе CO2 непрерывно более 6 месяцев без снижения производительности. Мы также объясняем, как подключить светодиодную систему к компьютеру и связать ее с программным обеспечением с открытым исходным кодом, которое мы предоставляем на GitHub (https://github.com/BreakLiquid/LED-Control-User-Interfaces). Построение системы с использованием этого протокола предоставляет исследователям базовые знания для отладки потенциальных проблем, замены деталей и улучшения / расширения функциональных возможностей.
Обзор системы
Построение системы освещения включает в себя (1) построение электронной схемы, (2) построение периферийных устройств (шнур питания, выключатель питания и т. Д.), (3) построение светодиодов, (4) сборку всех этих компонентов и (5) установку программного обеспечения для управления светодиодами с пользовательским интерфейсом (рисунок 1A). После завершения работы система освещения может управлять до четырех светодиодов независимо друг от друга с помощью пользовательского интерфейса (рисунок 1B). Пользовательский интерфейс позволяет каждому светодиоду пульсировать через заданные промежутки времени и отключаться через заданное время. Существует также запуск-задержка для начала программ освещения в указанное время. Потенциометры (POT) регулируют интенсивность каждого светодиода независимо или могут использоваться для ручного управления светодиодами без компьютера. Провода к светодиодам могут быть любой нестандартной длины, что позволяет легко размещать их в инкубаторе или лабораторном пространстве. Благодаря высокой мощности этих светодиодов, их можно использовать для освещения большой площади одним светодиодом на расстоянии.
Описание драйвера светодиода
Чтобы включить и контролировать интенсивность светодиодов, этот протокол будет проходить шаги по созданию «светодиодного драйвера». Каждый светодиод имеет диапазон напряжений, в которых он работает (рисунок 1С). Во время работы выходное напряжение регулятора, которое контролирует интенсивность света, может быть настроено потенциометром. POT изменяет сопротивление, регулируя выходное напряжение/яркость. Настройка с POT 1 кОм (1 килоОм) дает то, что мы называем «высоковольтной цепью» и имеет диапазон от 1,35 В до 2,9 В. Поскольку 2,9 В слишком высоко для работы светодиодов более низкого напряжения (рисунок 1C), мы показываем одну модификацию (резистор 3 или «R3» дополнительный рисунок 1A), которая ограничивает диапазон для соответствия светодиодам низкого напряжения. R3 служит для снижения максимального напряжения, подаваемого на светодиоды, до 1,85 В (сборка, описанная на дополнительном рисунке 8) параллельно с потенциометром. Используя напряжение для управления яркостью вместо тока, система более гибкая для светодиодов с различным рабочим напряжением. Рисунок 1С содержит список светодиодов высокого и низкого напряжения для оптимального выбора схемы. Эта конструкция поддерживает минимальное напряжение достаточно низким, так что светодиод полностью выключен, когда потенциометр выключен, и не позволяет напряжению превышать типичное рабочее напряжение светодиода. Для оптогенетики PhyB мы используем темно-красные и дальние красные светодиоды, которые используют низковольтную цепь.
Описание светодиодной компьютерной системы управления
Светодиодная система освещения может использоваться для постоянного освещения без компьютера или микроконтроллера. Однако для пульсирующих программ и для управления синхронизацией отдельных светодиодов необходимо установить микроконтроллер. Чтобы использовать микроконтроллер для управления светодиодами, требуется транзистор для подключения микроконтроллера к цепи. Этот транзистор воспринимает напряжение от микроконтроллера и переключается с проводящего или изолирующего. Для управления «включением» и «выключением» мы используем так называемый «транзистор коммутационного типа NPN» (2N2222) в качестве управляемого шунта через R2 (дополнительный рисунок 1A). Когда напряжение от микроконтроллера подается на основание транзистора, транзистор становится проводящим и делает напряжение светодиода низким, выключая светодиод. Таким образом, состояния включения и выключения светодиода и транзистора напрямую контролируются микроконтроллером, который контролируется программным обеспечением, установленным на ПК.
Для изготовления системы освещения требуются следующие шаги: Построить электрическую цепь; построить блок питания, ручной выключатель питания, POTs и подключение микроконтроллера; построить светодиоды; разместить черный ящик, чтобы соответствовать системе освещения; подключить всю проводку и приборы; установить светодиодное управляющее программное обеспечение, стимулировать клетки светом; измерять экспрессию генов с помощью двойного анализа люциферазы.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>18AWG 2pin RED Black wire</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>15M-28AWG-2468</td>
			<td>Inexpensive wire to connect LEDs to the power circuit. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B072KGYH1M/ref=oh_aui_detailpage_o05_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1K Ohm potentiometer</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>52161500</td>
			<td>2 x 1K Ohm potentiometer potential + 2 x black control Knob. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B00XIWA2GO/ref=oh_aui_detailpage_o00_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 Gauge Silicone JST Connector</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>SIM&#38;NAT 5.9 inch 2 Pin Male Female JST RCY Plug Connectors</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B071XN7C43/ref=oh_aui_detailpage_o00_s01?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>22 AWG solid jumper wires</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>WJW-60B-R</td>
			<td>Jameco Valuepro WJW-60B-R Wire Jumper Kit 350 each 22 AWG, 14 Lengths 10 Colors 25 Of Each Length. 
			https://www.amazon.com/Jameco-Valuepro-WJW-60B-R-Jumper-Lengths/dp/B01KHWEB3W/ref=sr_1_5?s=industrial&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519261370&#38;sr=1-5&#38;keywords=solid+wire+breadboard&#38;dpID=51UopZhPJeL&#38;preST=_SX342_QL70_&#38;dpSrc=srch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>560 ohm 1/2watt 1% tolerance</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>a14051600ux0301</td>
			<td>Uxcell a14051600ux0301 60 Piece Axial Lead 1% Tolerance Colored Ring Metal Film Resistor Resistance, 560 Ohm 1/2W. 
			https://www.amazon.com/a14051600ux0301-Tolerance-Colored-Resistor-Resistance/dp/B016ZU2DGC/ref=pd_day0_328_9?_encoding=UTF8&#38;pd_rd_i=B016ZU2DGC&#38;pd_rd_r=XTM6KHQ3NT8DHWB1QWZN&#38;pd_rd_w=txGNx&#38;pd_rd_wg=ELyii&#38;psc=1&#38;refRID=XTM6KHQ3NT8DHWB1QWZN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>820 ohm 1/2watt 1% tolerance</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>TTL-A-8035-50Ea</td>
			<td>Set of 50Ea Metal Film Resistor 820 Ohm 1% 1/2W (0.5W). 
			https://www.amazon.com/50Ea-Metal-Film-Resistor-0-5W/dp/B00VGU2SS0/ref=sr_1_14?s=industrial&#38;ie=UTF8&#38;qid=1518045187&#38;sr=1-14&#38;keywords=1%2F2W+820+Ohm+resistor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A Male to B Male Cable (10 Feet)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Part# 30-001-10B</td>
			<td>The cable that comes with the Arduino doesn&#39;t fit well in the box. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B001MSU1HG/ref=oh_aui_detailpage_o07_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ardiuino UNO equivilent</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Elegoo EL-CB-001</td>
			<td>UNO R3 Board ATmega328P ATMEGA16U2 with USB Cable for Arduino. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B01EWOE0UU/ref=oh_aui_detailpage_o03_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino holder</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>X000018</td>
			<td>Fits very snug. 
			https://www.digikey.com/product-detail/en/arduino/X000018/1050-1150-ND/8135632</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black boxes for circuits and light chambers</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>1591ESBK</td>
			<td>Hammond 1591ESBK ABS Project Box Black. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B0002BSRIO/ref=oh_aui_detailpage_o07_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blue LED</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>LXML-PB01-0040</td>
			<td>LED LUXEON REBEL BLUE SMD. Uses &#34;Saber 20 mm Star base&#34; 
			https://www.digikey.com/product-detail/en/lumileds/LXML-PB01-0040/1416-1029-1-ND/3961134</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cable ties</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>sd027</td>
			<td>Tarvol Nylon Zip Ties (Pack of 100) 8 Inch with Self Locking Cable Ties (White). 
			https://www.amazon.com/Tarvol-Nylon-Locking-Cable-White/dp/B01MRD0JRR/ref=sr_1_7?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519261882&#38;sr=1-7&#38;keywords=Cable+ties&#38;dpID=51zUNmuUjyL&#38;preST=_SY300_QL70_&#38;dpSrc=srch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Command Fridge Clips</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>17210CLR</td>
			<td>Clips for holding circuit board inside of the black box. Command strips can also be used. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B0084M69YM/ref=oh_aui_detailpage_o00_s01?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyan LED</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>LXML-PE01-0070</td>
			<td>LED LUXEON REBEL CYAN SMD. Uses &#34;Saber 20 mm Star base&#34; 
			https://www.digikey.com/products/en?keywords=1416-1031-1-nd</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrical tape - 3M Scotch #35 Electrical Tape Value Pack</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>03429NA</td>
			<td>Scotch 700 Electrical Tape, 03429NA, 3/4 in x 66 ft. 
			https://www.amazon.com/Scotch-Electrical-Tape-4-Inch-66-Foot/dp/B001ULCB1O/ref=psdc_256161011_t1_B001B19FDK</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Farred LED 720nm</td>
			<td>Luxeon Star LEDs</td>
			<td>LXML-PF01</td>
			<td>Far Red (720nm) LUXEON Rebel LED. Uses &#34;Saber 20 mm Star base&#34; 
			https://www.luxeonstar.com/lxml-pf01-far-red-luxeon-rebel-led-260mW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Farred LED 740nm</td>
			<td>Ushio</td>
			<td>EDC740D-1100-S5</td>
			<td>Uses &#34;STAR XP 3535&#34; base 
			https://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC740D-1100-S5.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Farred LED 780nm</td>
			<td>Ushio</td>
			<td>EDC780D-1100</td>
			<td>Uses &#34;STAR XP 3535&#34; base 
			http://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC780D-1100.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Farred LED 810nm</td>
			<td>Ushio</td>
			<td>EDC810D-1100</td>
			<td>Uses &#34;STAR XP 3535&#34; base 
			http://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC810D-1100.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Farred LED 850nm</td>
			<td>Ushio</td>
			<td>EDC850D-1100</td>
			<td>Uses &#34;STAR XP 3535&#34; base 
			http://www.ushio-optosemi.com/jp/products/led/power/pdfs/edc/EDC850D-1100.pdf</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grommets</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Pico 6120D</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/Pico-6120D-Vinyl-Grommets-Package/dp/B0002ZG47G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair/Alligator Clips</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td>1-3/4 Inch (45 Mm)- Hair Clips Single Prong Metal Alligator Clips Hairbow Accessory -Silver,50 Pcs. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B00K09T3L8/ref=oh_aui_detailpage_o00_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED base</td>
			<td>Luxeon Star LEDs</td>
			<td>LXB-RS20A</td>
			<td>Saber 20 mm Star Blank Aluminum MCPCB Base For Rebel LEDs 
			https://www.luxeonstar.com/saber-20mm-star-blank-mcpcb-base-for-a-rebel-leds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED PCB fopr Ushio LEDs</td>
			<td>Adura LED solutions</td>
			<td>STAR XP 3535 Package LED</td>
			<td>Fits many other LEDs by Ushio 
			http://aduraled.com/product/pcb/1901-star-xp-3535-package-led</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Loctite Epoxy Clear Multi-Purpose, 0.85-Fluid Ounce Syringe</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>1943587</td>
			<td>Loctite Epoxy Clear Multi-Purpose, 0.85-Fluid Ounce Syringe. 
			https://www.amazon.com/Loctite-Multi-Purpose-0-85-Fluid-Syringe-1943587/dp/B011INNBN0/ref=psdc_256243011_t4_B0044FBB8C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NTE Heat Shrink 2:1 Assorted Colors and Sizes 160 PCS</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B000FIDTYG</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/NTE-Heat-Shrink-Assorted-Colors/dp/B000FIDTYG/ref=sr_1_1?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519261282&#38;sr=1-1&#38;keywords=nte+shrink&#38;dpID=41L5l7LCfiL&#38;preST=_SX342_QL70_&#38;dpSrc=srch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Picture Hanging Velcro Strips</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>PH204-16NA</td>
			<td>With these you can hang the LEDs in many places. 
			https://www.amazon.com/Command-Picture-Hanging-16-Pairs-PH204-16ES/dp/B073XS3CHV/ref=pd_sim_60_5?_encoding=UTF8&#38;pd_rd_i=B073XS3CHV&#38;pd_rd_r=112KGQJNRRYD0RAT598H&#38;pd_rd_w=3n34Q&#38;pd_rd_wg=sRvec&#38;psc=1&#38;refRID=112KGQJNRRYD0RAT598H</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>tb013</td>
			<td>Any other 9V 1.5Z AC/DC converter will do becuase we cut the end off anyway. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B06Y1LF8T5/ref=oh_aui_detailpage_o07_s01?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power switch Rocker Switch</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>SIXQJZML</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.ca/COOLOOdirect-Solder-Rocker-Switch-Toggle/dp/B071Y7SMVQ/ref=sr_1_31?_encoding=UTF8&#38;c=ts&#38;dchild=1&#38;keywords=Boat+Rocker+Switches&#38;qid=1594434474&#38;s=sports&#38;sr=1-31&#38;ts_id=2438617011</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rectangular Connectors - for crimped wires</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>2183-1905-ND</td>
			<td>6 Rectangular Connectors - Housings Black 0.100&#34; (2.54mm) 
			https://www.digikey.com/product-detail/en/pololu-corporation/1905/2183-1905-ND/10450382?utm_adgroup=Rectangular%20Connectors%20-%20Housings&#38;utm_source=google&#38;utm_medium=cpc&#38;utm_campaign=Shopping_Product_Connectors%2C%20Interconnects_NEW&#38;utm_term=&#38;utm_content=Rectangular%20Connectors%20-%20Housings&#38;gclid=Cj0KCQjwvIT5BRCqARIsAAwwD-QmETT-ko07ote5VQgodKvWU0uDG8GYN7Vj-6WVBBOWdSgPaPd9azAaAhVLEALw_wcB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red LED</td>
			<td>Digikey</td>
			<td>LXM3-PD01</td>
			<td>LED LUXEON REBEL DEEP RED SMD. Uses &#34;Saber 20 mm Star base&#34; 
			https://www.digikey.com/products/en?keywords=1416-1701-1-nd</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sandpaper</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B002NEV6GS</td>
			<td>3M Wetordry Sandpaper, 03022, 800 Grit, 3 2/3 inch x 9 inch. 
			https://www.amazon.com/3M-03022-Imperial-Wetordry-Sandpaper/dp/B002NEV6GS/ref=sr_1_1?dchild=1&#38;keywords=3M+Imperial+Wetordry+3-2%2F3+in.+x+9+in.+800+Grit+Sandpaper+Sheets+%2810+Sheets-Pack%29&#38;qid=1594435012&#38;sr=8-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solder for soldering wires and circuit components</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Mudder Lead Free Solder Wire Sn99 Ag0.3 Cu0.7 with Rosin Core for Electrical Soldering 0.22lbs (0.6 mm)</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/Mudder-Solder-Electrical-Soldering-0-22lbs/dp/B01B61TWGY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solder-able Breadboard for building the circuit</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>GK1007</td>
			<td>Gikfun Solder-able Breadboard Gold Plated Finish Proto Board PCB Diy Kit for Arduino (Pack of 5PCS) GK1007. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B071R3BFNL/ref=oh_aui_detailpage_o04_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spade drill bit</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Irwin 88811</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/Speedbor%C2%AE-Blue-GrooveTM-Standard-Length-Woodboring/dp/B017S9JXB2/ref=sr_1_10?ie=UTF8&#38;qid=1519516560&#38;sr=8-10&#38;keywords=11%2F16+spade+bit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transistor</td>
			<td>Newark</td>
			<td>2N2222A</td>
			<td>Can buy from many places. 
			http://www.newark.com/nte-electronics/2n2222a/bipolar-transistor-npn-40v-to/dp/10M4197</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Voltage regulator</td>
			<td>Newark</td>
			<td>LM317T</td>
			<td>Equivilent to NTE956. 
			https://www.newark.com/stmicroelectronics/lm317t/adjustable-linear-regulator-1/dp/89K0685?gclid=CjwKCAiAu9vwBRAEEiwAzvjq-1rmUi6lvOIFFt-BxttHXvmAeUoni4NM0BW-BtM_LMliSqxA9Xq4KxoCfikQAvD_BwE&#38;mckv=sQqHZDDRz_dc|pcrid|219869297712|plid||kword|lm317t|match|p|slid||product||pgrid|35966450488|ptaid|kwd-541160713|&#38;s_kwcid=AL!8472!3!219869297712!p!!g!!lm317t&#38;CMP=KNC-GUSA-SKU-MDC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Windows 10 tablet</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B08BYTT79Y</td>
			<td>Any Windows 10 PC will do. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B08BYTT79Y/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o01_s00?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Culture Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Embryonic Kidney 293 cells HEK293</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>ATCC CRL-1573</td>
			<td>Common Cell line. 
			https://www.atcc.org/products/all/CRL-1573.aspx</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>26140079</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/26140079#/26140079</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#8217;s Modified Eagle Medium High Glucose</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>11965&#8722;092</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/11965118?SID=srch-srp-11965118#/11965118?SID=srch-srp-11965118</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10,000 units/mL of penicillin and 10,000 &#181;g/mL of streptomycin</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>15140122</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/15140122?SID=srch-srp-15140122#/15140122?SID=srch-srp-15140122</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White Corning 96-Well Solid Black or White Polystyrene Microplates</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>07-200-589</td>
			<td>White plates are preferred. Do not use clear plates. 
			https://www.fishersci.com/shop/products/costar-96-well-black-white-solid-plates-8/p-152852</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEI MAX - Transfection Grade Linear Polyethylenimine Hydrochloride (MW 40,000)</td>
			<td>PolySciences</td>
			<td>24765-1</td>
			<td>Can be replaced with another transfection reagent. 
			https://www.polysciences.com/default/catalog-products/life-sciences/transfection-reagents/polyethylenimine-max-mw40000-high-potency-linear-pei/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name of Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diagonal Cutting Plier (110mm)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Proskit 1PK-037S</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/iExcell-Diagonal-Cutting-Nippers-Chrome-Vanadium/dp/B076XYVS6Y/ref=sr_1_11?dchild=1&#38;keywords=diagonal+cutting+pliers&#38;qid=1594436230&#38;sr=8-11</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dremil 3000 with cutting tool and grinder</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Dremel 3000</td>
			<td>Dremel 3000-2/28 Variable Speed Rotary Tool Kit- 1 Attachments &#38; 28 Accessories- Grinder, Sander, Polisher, Router, and Engraver. 
			https://www.amazon.com/Dremel-3000-2-28-Attachments-Accessories/dp/B005JRJE7Y/ref=sr_1_3?dchild=1&#38;keywords=Dremel+200-1%2F15+Two-Speed+Rotary+Tool+Kit&#38;qid=1594436404&#38;s=hi&#38;sr=1-3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dremil cutting and grinding tool</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Dremel 200-1/15</td>
			<td>Any similar Dremil will work. 
			https://www.amazon.com/Dremel-200-1-Two-Speed-Rotary-Tool/dp/B002BAHF8W/ref=sr_1_1?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519268058&#38;sr=1-1&#38;keywords=dremel+200&#38;dpID=41h9ZucnTYL&#38;preST=_SY300_QL70_&#38;dpSrc=srch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dremil grinding tip</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Dremel 84922</td>
			<td>Silicon Carbide Grinding Stone. 
			https://www.amazon.com/Dremel-84922-Silicon-Carbide-Grinding/dp/B00004UDKD/ref=sr_1_fkmr0_1?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519268585&#38;sr=1-1-fkmr0&#38;keywords=dremel+tip+84922</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDSYN The Original Deluxe SOLDAPULLT</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>DS017</td>
			<td>For removing solder/mistakes. 
			https://www.amazon.com/EDSYN-The-Original-Deluxe-SOLDAPULLT/dp/B006GOKVKI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Helping Hand with Magnifying Glass</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>SE MZ101B</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/SE-MZ101B-Helping-Magnifying-Glass/dp/B000RB38X8/ref=sr_1_4?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519268108&#38;sr=1-4&#38;keywords=Helping+hands&#38;dpID=31GEhMw7WvL&#38;preST=_SX300_QL70_&#38;dpSrc=srch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pointed Nose Micro Pliers</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Hakko CHP PN-20-M</td>
			<td>Steel Super Specialty Pointed Nose Micro Pliers with Smooth Jaws, 1.0mm Nose. 
			https://www.amazon.com/Hakko-PN-20-M-Specialty-Pointed-Pliers/dp/B00FZPGUBI/ref=sr_1_1?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519268153&#38;sr=1-1&#38;keywords=Hakko+CHP+PN-20-M+Steel+Super+Specialty+Pointed+Nose+Micro+Pliers+with+Smooth+Jaws%2C+1.0mm+Nose&#38;dpID=3109XRgwn3L&#38;preST=_SX342_QL70_&#38;dpSrc=srch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small screw drivers</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Wiha 26197</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/26197-Precision-Slotted-Phillips-Screwdrivers/dp/B01L46TEN2/ref=sr_1_1?s=hi&#38;ie=UTF8&#38;qid=1519268018&#38;sr=1-1&#38;keywords=Wiha+precision+set</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering iron</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Yihua 939D+ Digital Soldering Station</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/Professional-Digital-Soldering-Station-Switch/dp/B07YSCBZ4F/ref=psdc_13837391_t1_B07RVMZNYR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TraceTech No-Clean Flux Pen</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>2507-N</td>
			<td>Tech Spray 2507-N No-Clean Flux Dispensing Pen, 11.5 mL. 
			https://www.amazon.com/Tech-Spray-2507-N-No-Clean-Dispensing/dp/B00DDF2FYS/ref=sr_1_1?dchild=1&#38;keywords=2507-N&#38;qid=1595469618&#38;sr=8-1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Weller WSA350 120v Bench Top Smoke Absorber</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>WSA350</td>
			<td>For soldering safety. 
			https://www.amazon.com/Weller-WSA350-Bench-Smoke-Absorber/dp/B000EM74SK</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire strippers</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>CSP-30-7</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/Hakko-CSP-30-7-Stripper-Maximum-Capacity/dp/B00FZPHY7M/ref=psdc_553398_t5_B00FZPHMUG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IWISS IWS-3220M Micro Connector Pin Crimping Tool 0.03-0.52mm&#178; 32-20AWG</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>IWS-3220M</td>
			<td>These are very common and there are many equivalents. 
			https://www.amazon.com/gp/product/B078WPT5M1/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&#38;psc=1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

building a simple and versatile illumination system for optogenetic experiments

Управление биологическими процессами с помощью света повысило точность и скорость, с которой исследователи могут манипулировать многими биологическими процессами. Оптический контроль обеспечивает беспрецедентную способность препарировать функцию и обладает потенциалом для создания новых методов генетической терапии. Тем не менее, оптогенетические эксперименты требуют адекватных источников света с пространственным, временным или интенсивным контролем, что часто является узким местом для исследователей. Здесь мы подробно расскажем, как построить недорогую и универсальную светодиодную систему освещения, которая легко настраивается для различных доступных оптогенетических инструментов. Эта система настраивается для ручного или компьютерного управления с регулируемой интенсивностью светодиодов. Мы предоставляем иллюстрированное пошаговое руководство по построению схемы, ее компьютерному управлению и созданию светодиодов. Чтобы облегчить сборку этого устройства, мы также обсудим некоторые основные методы пайки и объясним схему, используемую для управления светодиодами. Используя наш пользовательский интерфейс с открытым исходным кодом, пользователи могут автоматизировать точное время и пульсацию света на персональном компьютере (ПК) или недорогом планшете. Эта автоматизация делает систему полезной для экспериментов, которые используют светодиоды для управления генами, сигнальными путями и другими клеточными активностями, которые охватывают большие временные масштабы. Для этого протокола не требуется никаких предварительных знаний в области электроники для создания всех необходимых деталей или использования системы освещения для выполнения оптогенетических экспериментов.

Watch this Scientific Journal Video about Building a Simple and Versatile Illumination System for Optogenetic Experiments at JoVE.com

Building a Simple and Versatile Illumination System for Optogenetic Experiments

Этот протокол описывает, как проводить оптогенетические эксперименты по контролю экспрессии генов красным и дальним красным светом с использованием PhyB и PIF3. Включены пошаговые инструкции по созданию простой и гибкой системы освещения, которая позволяет контролировать экспрессию генов или другую оптогенетику с помощью компьютера.

Создание простой и универсальной системы освещения для оптогенетических экспериментов

Controlling biological processes using light has increased the accuracy and speed with which researchers can manipulate many biological processes. Optical ...

Система позволяет исследователям легко построить недорогую и универсальную систему освещения для оптогенетических экспериментов. Преимущества этого метода включают в себя возможность программирования синхронизации светодиодной подсветки с доступными длинами волн, которые охватывают видимый ближний ИК-спектр, и то, что светодиоды могут использоваться в различных контекстах Чтобы построить электрическую схему, прикрепите печатную плату к рукам помощи и вставьте провода перемычек, соединив их для формирования точечных отверстий A1 и A3 к земле, провод перемычки D2 в точечное отверстие D6, а блок питания плюс номер семь проводов перемычки в точечное отверстие A7. Согните клеммы на 45 градусов и добавьте флюс.После пайки обрежьте спинки проводов. Вставьте один конец припаянного гнездового провода к разъему в отверстие A5. Затем подключите один конец резистора к отверстию A5.Подключите другой конец разъема к заземлению. Затем подключите другой конец резистора к земле и припаяйте соединение. Для разъема Arduino обжимайте концы провода к проводным разъемам и проталкивайте обжатые концы через прямоугольный разъем.Чтобы настроить светодиоды, наклейте проволоку, нагревая снизу, добавляя припой сверху. Поместите большое количество припоя на большой паяльный наконечник и используйте наконечник для нагрева светодиодного основания на контакте, содержащем флюс. Через несколько секунд индивидуально перетащите припой через каждый контакт и закрепите черный провод на катоде с помощью заколки для волос.Поместите большое количество припоя на большой паяльный наконечник и прижмите наконечник к проводу, пока припой на основе светодиода не расплавится. Удерживайте проволоку и извлеките паяльник, удерживая проволоку на месте. Поместите небольшое количество паяльной пасты на прокладки для светодиодных соединений и используйте щипцы, чтобы поместить светодиод над прокладками.Держите предварительно очищенную красную проволоку на аноде и используйте заколку для волос, чтобы зажать проволоку. Добавьте припой к большому наконечнику, как показано на рисунке, и прижмите наконечник к соединению, пока припой на основе светодиода не расплавится, а паяльная паста не расплавится и не станет серебристой. Для изготовления светодиодных проводов поместите 4,76-миллиметровую термоусадочную трубку над проволокой, разрезанной по длине, и 3,18-миллиметровую термоусадочную трубку над разъемом провода к проводу.Зачистите и добавьте флюс на концы проволоки. С помощью рук помощи зажмите провод к разъему и скрутите конец разъема одним концом провода. Припаяйте материалы вместе и прикрепите другую проволоку к установке таким же образом и припойте.Затем прикрепите светодиодные провода к рукам помощи с помощью ленты под светодиодным основанием. Затем смешайте эпоксидную смолу в соответствии с инструкциями производителя и распределите эпоксидную смолу поверх припаянного светодиода. Используя сверло лопаты, просверлите отверстие длиной 1,5 сантиметра через верхнюю часть коробки, на которую будет помещен светодиод, и используйте высокоскоростной вращающийся инструмент, чтобы сделать выемку на одной стороне отверстия, чтобы освободить место для светодиодного провода.Заклейте 25-30-миллиметровый кусок пленки конфиденциальности на черный ящик, закрывающий отверстие, которое светодиод будет освещать, и заклейте светодиод за пределами черного ящика поверх отверстия. Для четырех светодиодной системы управления просверлите четыре отверстия размером 0,83 сантиметра на расстоянии 3,81 сантиметра друг от друга в крышке коробки и используйте высокоскоростной вращающийся инструмент, чтобы вырезать прямоугольное отверстие размером 1,19 на 1,90 сантиметра в верхнем левом углу. С помощью сверла лопаты просверлите отверстие длиной 1,5 сантиметра в задней части коробки и вставьте в отверстие люверс.Для светодиодов, управляемых компьютером, наждачной бумагой область, где микроконтроллер будет вклеен в коробку, а также нижнюю сторону держателя микроконтроллера. Закрепите микроконтроллер на держателе, затем эпоксидируйте держатель и коробку вместе, прежде чем закрепить держатель в черном ящике. Затем поместите двухстороннюю ленту на зажим и закрепите зажим внутри коробки.В образцах, трансфектированных для экспрессии фитохрома B, но не фикоцианина билина, утечка увеличивается по мере увеличения количества репортерной ДНК. Кроме того, когда весь переключатель гена фитохрома B, включая плазмиду, продуцирующую фикоцианин билиновый цвет, освещается дальним красным светом, экспрессия люциферазы также увеличивается с увеличением количества репортерной конструкции в трансфекционной смеси. Аналогичным образом, когда светочувствительные клетки освещаются красным светом, экспрессия люциферазы также увеличивается с увеличением репортерного количества.При сравнении уровней индукции клеток, обработанных красным светом, с дальними клетками, обработанными красным светом, обнаруживается небольшое снижение активации складки с увеличением количества репортера. Важно тщательно следить за каждым шагом при построении электрической цепи и дважды проверять номера точечных отверстий строка за строкой перед пайкой каждого компонента. Этот протокол может быть использован для оптической стимуляции многих типов образцов или оптогенетических инструментов с использованием различных длин волн и позволяет программировать графики освещения.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

A Versatile Automated Platform for Micro-scale Cell Stimulation Experiments

Универсальная автоматизированная платформа для микро-масштабе Эксперименты стимуляции клеток

Study of cells in culture (in vitro analysis) has provided important insight into complex biological systems. Conventional methods and equipment for in ...

A Microfluidic Chip for the Versatile Chemical Analysis of Single Cells

Микрофлюидных Чип для Универсальный химического анализа отдельных клеток

We present a microfluidic device that enables the quantitative determination of intracellular biomolecules in multiple single cells in parallel. For this ...

A Guide to Structured Illumination TIRF Microscopy at High Speed with Multiple Colors

Руководство по Structured Illumination TIRF микроскопией на высокой скорости с несколькими цветами

Optical super-resolution imaging with structured illumination microscopy (SIM) is a key technology for the visualization of processes at the molecular ...

Design and Implementation of an Automated Illuminating, Culturing, and Sampling System for Microbial Optogenetic Applications

Разработка и внедрение автоматизированной освещая, культивированием и система отбора проб для микробного оптогенетика приложений

Optogenetic systems utilize genetically-encoded proteins that change conformation in response to specific wavelengths of light to alter cellular ...

A Simple and Scalable Fabrication Method for Organic Electronic Devices on Textiles

Простой и масштабируемый способ изготовления для органических электронных устройств по текстилю

Today, wearable electronics devices combine a large variety of functional, stretchable, and flexible technologies. However, in many cases, these devices ...

A Versatile Method of Patterning Proteins and Cells

Универсальный метод паттернирования белки и клетки

Substrate and cell patterning techniques are widely used in cell biology to study cell-to-cell and cell-to-substrate interactions. Conventional patterning ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

Нанотрубках ДНК как универсальный инструмент для изучения полугибких полимеров

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

CRISPR/Cas12a Multiplex Genome Editing of Saccharomyces cerevisiae and the Creation of Yeast Pixel Art

CRISPR/Cas12a Multiplex Genome Editing of Saccharomyces cerevisiae and the Creation of Yeast Pixel Art

CRISPR/Cas12a Multiplex Геном Редактирование Saccharomyces cerevisiae и создание дрожжевого искусства пикселей

High efficiency, ease of use and versatility of the clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9 (CRISPR/Cas9) ...

Applications for Open Source Microplate-Compatible Illumination Panels

Приложения для microplate-совместимых панелей для освещения с открытым исходным кодом

Microplates are commonly used in the modern laboratory environment for a wide variety of tasks both in small-scale laboratory benchtop operations as well ...

Simple, Affordable, and Modular Patterning of Cells using DNA

Простое, доступное и модульное структурирование клеток с использованием ДНК

The relative positioning of cells is a key feature of the microenvironment that organizes cell-cell interactions. To study the interactions between cells ...