SSI果蝇能量代谢监测系统

美国Sable公司的多通道果蝇能量代谢测量系统用于精确测量果蝇等昆虫乃至其它动物呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可计算呼吸商、同步化监测昆虫活动及其与能量代谢的关系，以及与其它行为模块兼容研究分析睡眠代谢等，广泛应用于果蝇及其它小型昆虫等动物能量代谢有关的研究，如遗传学、神经科学、营养学、肿瘤学、生物节律、睡眠代谢、肥胖、二型糖尿病和心血管疾病等生物医学及预防医学研究实验，以及其它昆虫病虫害防治、昆虫生理学、生态学等。系统由二氧化碳分析仪、氧气分析仪、多通道气路转换器、气流控制器、数据采集器及程序软件、气室（呼吸室）等组成。可根据研究内容及经费预算定制8通道（可同时测量7个动物的能量代谢）或更多通道如16通道等观测系统，或选择同时测量CO2、O2、RQ及H2O，亦可根据要求只选择测量CO2或O2的测量系统。

    左图为完全模块式果蝇代谢系统示意图（来自美国Scripps研究所），右图为高集成性的MAVEn™果蝇能量代谢系统（来自长春中医药大学）

功能特点：

1) 模块式结构，具备强大的系统扩展功能和灵活多样的实验配置，是目前世界上果蝇能量代谢研究应用最广、发表论文最多的仪器系统

2) 标准配置为8通道，可扩展为16通道、24通道或更多通道，应用于果蝇等微小昆虫或其它微小生物能量代谢测量

3) 高灵敏度、高精确度O2/CO2分析仪，是目前世界上唯一可直接对单个果蝇等微小生物在线实时分析（开放式分析）的仪器系统

4) 可通过选配AD-2红外活动监测装置，实时同步化监测果蝇等活动强度（昆虫活动呼吸室置入红外活动监测仪上，昆虫的任何活动都会导致反射红外光强度的细微变化，这种细微的变化经检测器监测到并加以放大，转变成电压信号经由数据采集器采集和分析，最终反映昆虫的活动状况）

5) 可选配温度调控系统进行温度控制，以及FLIC果蝇取食行为监测模块监测其饮食行为等。

6) 可以设置不同的测量方法，如封闭式、开放式、抽样流动注射等测量技术

7) 可选配红外热成像监测模块，同步监测昆虫体温

8) 可以其它果蝇行为分析模块兼容，如DAM果蝇行为监测系统，进行睡眠等行为与代谢分析。

技术指标：

1） 氧气分析测量：氧气测量范围0－100％，分辨率0.0001%，精确度优于0.1％，响应时间小于7秒，24小时漂移低于0.01％，20分钟噪音低于0.002％pk-pk；温度、压力补偿,4通道模拟输出，16bit分辨率；数码过滤（噪音）0-50秒可调，增幅0.2秒，内置A/D转换器分辨率24 bits；可同时测量温度（测量范围0-60℃，分辨率0.001℃）和气压（测量范围30-110kPa，分辨率0.0001kPa）；具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示氧气含量和气压；大小33x25x10cm，重量约4.5kg。另有双通道高精度氧气分析测量仪备选。

2） 高精度差分氧气分析仪（备选），适于果蝇等微小昆虫的开放式在线呼吸代谢测量，测量范围0－100%，精度0.1%，分辨率0.0001%

3） 二氧化碳分析测量（CA-10）：双波长非色散红外技术，测量范围0－5％或0－10％两级选择（双程），内置数据采集系统，实时测量，响应时间小于1秒，分辨率优于0.0001%或1ppm（可达0.1ppm），精确度1%，建议气流5－2000ml/分钟，噪音小于2ppm，24小时漂移低于0.002%，通过软件温度补偿，采样频率10Hz；具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示CO2含量和气压；4通道模拟输出，16bit分辨率，具数码过滤（噪音）；大小33x25x10cm，重量约4.5kg

4） 超高精度二氧化碳分析测量（备选）：差分非色散红外气体分析仪，用于在线测量果蝇等微小生物或蜱螨类微小动物的能量代谢，测量范围0－3000ppm，分辨率达0.01ppm，精确度1%

5） RH－300水气测量仪（备选）：测量范围0.2％－100％（相对湿度）、分辨率0.001%（相对湿度），露点温度-40~40℃、分辨率0.002℃（露点温度），水汽密度0-10µg/ml、分辨率0.0001µg/ml，水汽压力0-20kPa、分辨率0.01Pa；模拟输出16 bits，建议气流速度5-2000ml/min，具两行文字数字LCD显示屏，具背光，可同时显示水汽含量和温度

6） SS4气体二次抽样单元：包括一个泵、针阀（控制进出泵体的气流）和气流计（0－2000ml/m）；隔膜泵，滚轴马达，最大流速2-4L/min；热桥式气流计，分辨率1ml/min，精确度2%；模拟输出12 bits；重量约2kg

7） 气路转换器：8通道（包括一个Baseline通道），采样频率10Hz

8） UI-3数据采集器，12通道，8个模拟输入，16bit分辨率；4个温度输入，分辨率0.001摄氏度；8个数字输出用于系统控制，1个16bit计数器，2通道电压输出，脉冲宽度调制

9） 昆虫玻璃气室：超低二氧化碳和水气吸收或通透性， 直径33mm，标配包括50mm、100mm两种长度（可选配其它长度），气路接口OD3.2mm，特殊设计的双通（两端开通）密封盖和挡板装置，以使气流均匀分布

10） 微型呼吸室：呼吸室及密封盖均为硼硅玻璃材质，用于果蝇等微小昆虫及昆虫卵等的呼吸测量，直径9.0mm，体积0.5－1.0ml，气路接口OD1.5mm，硼硅玻璃密封盖

11） 红外活动监测（可选配）：红外发射与检测技术，900nm近红外光，不会被昆虫察觉而造成干扰，也不会产生明显的热效应，用于监测0.0005-1g的各种昆虫、蜱螨等无脊椎动物的活动状态，以研究昆虫等动物的生理生态、昆虫活动与温度的关系、昆虫活动与呼吸代谢的关系、昆虫健康状况及生理状态、杀虫剂对昆虫的影响及最小致死量、临界热极值CTmax(critical thermal maximum)、不连续气体交换DGC(discontinuous gas exchange cycle)等。

12） Maven高通量昆虫能量代谢测量模块：该模块可同时测量16通道的昆虫呼吸室，高度集成性，涵盖了呼吸室、RM8、Model840、MFC-2及数据采集系统UI-3和ExpeData软件等。

13） 专业技术配置与培训，包括封闭式、开放式、抽气式、推气式、抽样流动注射法等不同技术装配与操作技术培训。

应用案例：

 2021年底，美国斯克利普斯研究所Tomchik教授团队在《Nature Communications》发表了关于神经纤维瘤蛋白通过神经元机制调控果蝇代谢“Neurofibromin regulates metabolic rate via neuronal mechanisms in Drosophila”的论文。研究采用果蝇睡眠和活动代谢监测系统（SSI果蝇能量代谢系统）监测果蝇的代谢率和活动来研究Nf1突变如何导致果蝇的多动症、神经元回路功能障碍和代谢改变（参见下图）。

原文Fig3. 昼夜光周期中Nf1的损失增加了代谢率。a：果蝇呼吸代谢监测系统示意图；b和c为Nf1P1突变体和wCS10对照组的CO2产量（排放率）；d和e为Nf1P1突变体和wCS10对照组的耗氧率；f为 Nf1P1突变体和wCS10对照组的呼吸商；g和h为Nf1 RNAi与杂合对照品系的CO2产量；I与J为Nf1 RNAi与杂合对照品系的耗氧率；k. Nf1 RNAi与杂合性对品系呼吸商。

     为了深入了解代谢表型的昼夜参数和机制基础，通过SSI果蝇能量代谢系统测量氧气消耗（VO2）和二氧化碳产量(VCO2), 24小时光周期Nf1P1突变体的VCO2和VO2均高于对照组（Fig3b,d）, Nf1P1突变体日间和夜间的总代谢率均高于对照组（Fig3c,e）。同样，当使用nSyb-Gal4敲掉Nf1泛神经元时，发现VCO2和VO2均高于对照组（Fig3g-j），而且呼吸商（RQ）均显著下降（Fig3f,k）。RQ降低与内源性脂肪储备利用率增加一致，表明Nf1的丧失可能会增加脂肪利用率。总体而言，这些数据为Nf1在代谢调节中的作用提供了独立的支持，表明它在24小时光周期内是一致的，并表明它可能是由脂肪稳态改变引起的。

北京易科泰生态技术有限公司与美国Sable等国际知名能量代谢测量技术公司合作，为国内生物学、生物医学、运动医学、环境医学、临床医学研究提供全面能量代谢研究技术方案和能量代谢实验室方案：

SSI大鼠、小鼠等实验动物能量代谢测量技术

畜禽能量代谢测量技术

斑马鱼能量代谢测量技术

人体能量代谢测量技术

Foxbox超便携能量代谢测量技术

动物活动与生理指标（体温、心率等）监测技术

测量参数包括：氧气消耗量（VO2）、二氧化碳产量（VCO2）、呼吸商（RQ）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、热传导速率（Ct）、日代谢率（DEE）、最大代谢率（MRmax）、呼吸水分丧失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力)、定制行为学模块参数等。

产地：美国

参考文献

1.Bethany A Stahl, PhD, Melissa E Slocumb, BS, Hersh Chaitin, MS, Justin R DiAngelo, PhD, Alex C Keene, PhD, Sleep-Dependent Modulation of Metabolic Rate in Drosophila, Sleep, Volume 40, Issue 8, August 2017, zsx084, 

2.Botero V, Stanhope BA, Brown EB, Grenci EC, Boto T, Park SJ, King LB, Murphy KR, Colodner KJ, Walker JA, Keene AC, Ja WW, Tomchik SM. Neurofibromin regulates metabolic rate via neuronal mechanisms in Drosophila. Nat Commun. 2021

3.Elizabeth B.Brown, Jaco Klok, Alex C.Keene. Measuring metabolic rate in single flyies during sleep and waking states via indirect calorimetry. Journal of Neuroscience Methods, 2022

4.Santoro, C., O’Toole, A., Finsel, P. et al. Reducing ether lipids improves Drosophila overnutrition-associated pathophysiology phenotypes via a switch from lipid storage to beta-oxidation. Sci Rep 12, 13021 (2022).