一种用于研究果蝇视觉与嗅觉介导飞行控制的磁力牵引系统

摘要

本文介绍了如何在嗅觉磁力固定装置（OMT）中固定果蝇。我们描述了如何对齐稀土磁铁和气味通道，以及如何设定刺激递送和真空抽吸的气体质量流速，以实现最佳的气味追踪效果。

摘要

多年来人们已经明确，昆虫利用视觉线索在气流中稳定其飞行方向。许多动物会追踪由风携带的气味。因此，逆风追踪过程中的视觉稳定直接有助于气味追踪。但嗅觉信号是否能够独立于风力线索，直接影响视觉追踪行为？此外，近年来关于果蝇（Drosophila）嗅觉神经生理学与神经行为遗传学的研究激增，推动了技术上更为精密且定量化的行为检测方法的发展。在此，我们对原本用于视觉实验的磁悬浮系统进行了改进，在实验装置中引入了狭窄的层流气味流。将果蝇粘附于一根细钢针上，并将其悬浮于磁场中，使其能够自由偏航转动。将小直径的食物气味流自上而下引导至果蝇头部，可引发饥饿果蝇产生稳定的追踪行为。本文重点介绍固定装置的关键机械结构、磁体的对准、气味流的构建，以及稳定气味追踪行为的验证方法。

方案

引言

OMT 是一种磁力牵引系统的改进版本[1]，旨在整合“虚拟气味羽流模拟器”。以下方案将详细说明如何正确牵引果蝇（第1部分），以及设置磁体（第2部分）和质量流量调控的气味递送系统（第3部分）的策略。本文所述信息针对该特定系统进行了优化，若使用其他技术参数的组件，操作细节可能有所差异。

第1部分：固定果蝇

此处所述的固定步骤与许多先前的研究类似[2]，但已针对光镊显微镜（OMT）[3]的应用进行了调整。正确的固定对于确保实验的稳定性和可重复性至关重要。仔细进行固定的重要性再怎么强调也不为过。

1. 收集羽化后4-6天的果蝇，并使其饥饿4-6小时。在无食物的试管中放入一张用水润湿的Kimwipe，以防止果蝇脱水。
2. 将一批果蝇从培养瓶转移至小试管中，插入设定在约4摄氏度的帕尔帖冷却装置的黄铜块内。适当温度可在约30秒内使果蝇麻醉。
3. 在冷却装置的冷表面上对果蝇进行分选。使用湿润的Kimwipe可确保持续冷却并从体壁吸收水分。选择体型最大的雌性果蝇用于固定。
4. 使用细毛刷将单只果蝇推入特制的棺形装置中，该装置专为容纳一只野生型雌性果蝇而设计。
   

讨论

将果蝇固定并在该实验装置中引发稳定的嗅觉追踪行为相对简单，但需要练习、耐心以及反复尝试。该装置的许多部分均可进一步优化或替换，从而拓展实验的潜在应用。例如，更新版本的真空室体积更小，可为装置下方留出更多空间。此外，还可略微调整稀土磁铁的强度和类型，并增加额外的气味通道，以提升实验中可使用的气味种类和（或）浓度数量。需要注意的是，任何设备上的改动均需进行针对性的优化。如本文所述，该嗅觉-运动追踪装置（OMTA）可使用户检测视觉线索对气味定位的影响。通过LED面板系统可呈现多种多样的视觉刺激，再结合气味递送系统的灵活性与可扩展性，该装置具备在多个层面上研究视觉-嗅觉整合的潜力。该系统还丰富了日益增多的果蝇定量行为检测方法，尤其适用于飞行成虫行为的表征研究。

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材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
冷却阶段	Teca	LHP-300CP
黄铜冷却块	定制		约 4 x 8 x 2 cm
密封腔体（Sarcophagus）	定制		详情请联系我们
紫外激活胶	Kemxert corp	KOA300	1 盎司瓶装可使用多年
面板系统	Caltech	http://www.dickinson.caltech.edu/panels	[4]
微型固定针（Minutien Pins）	Fine Science Tools	26002-20
下部环形磁铁	Rare-earth-magnets.com	NSN0615	5 - 0.75"外径 x 0.375"内径 x 0.125"
上部杆状磁铁	Rare-earth-magnets.com	NSN0750	0.125" x 1"
V型宝石轴承	Small Parts, Inc.	VJ-0469-01
MFC-4 流量调节器	Sable Systems International
气体多路复用器	Sable Systems International
特氟龙管	Small Parts, Inc.	STT-20-C
20 号皮下注射针管	Small Parts, Inc.	HTX-20R-06
玻璃管			4 mm 外径
真空流量调节器	Cole-Parmer	EW-32464-52