我们为具备“创客文化”理念的人士提供实验方案，指导其通过3D打印多种必要设备，构建用于定量分析黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）多种行为参数的果蝇实验室。此外，我们还描述了一种利用幼虫进行高分辨率呼吸测定的实验方案，以整合行为学与线粒体代谢数据。
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我们为具备“创客文化”理念的人士提供实验方案，指导其通过3D打印多种必要设备，构建用于定量分析黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）多种行为参数的果蝇实验室。此外，我们还描述了一种利用幼虫进行高分辨率呼吸测定的实验方案，以整合行为学与线粒体代谢数据。
该方法的实用性 果蝇 作为研究人类疾病、行为和基础生物学的模式生物，其重要性毋庸置疑。尽管具有实用性， 黑腹果蝇 发展中国家对科研的兴趣尚不普遍，可能源于一种误解，即认为建立实验室并利用这些微小昆虫开展相关实验难度较大，且需要昂贵的专业设备。本文介绍如何构建一个经济实惠的果蝇实验室，用于定量分析多种行为参数 D. melanogaster通过3D打印许多必要的实验设备部件，我们提供了用于构建实验室自制小瓶架、求偶行为实验装置、运动能力检测装置等的实验方案，可用于果蝇的常规饲养以及利用成虫和幼虫开展行为学实验。我们还提供了使用更复杂系统的技术方案，例如利用高分辨率氧电极仪测定果蝇幼虫样本中线粒体耗氧量，并展示在线粒体异源表达替代氧化酶（AOX）后，幼虫线粒体功能变化与其行为改变之间的关联。AOX的表达可提高幼虫活动能力及线粒体泄漏呼吸，同时在低温条件下加速发育，这与该酶具有产热功能的假说相一致。我们希望这些实验方案能够激励研究人员，尤其是来自发展中国家的研究人员，采用并推广这些方法 果蝇 将行为学与线粒体代谢数据便捷整合，有助于揭示可能调控人类生理功能和疾病状态的基因和/或环境因素。
黑腹果蝇 100 多年前，果蝇被引入科学界，作为一种具有巨大潜力的模式生物。这种潜力已在生物和生物医学科学的多个领域得到充分验证，包括遗传学、进化、发育生物学、神经生物学以及分子与细胞生物学。因此，已有六项诺贝尔生理学或医学奖授予了十位 果蝇 在遗传学、诱变、先天免疫、昼夜节律、嗅觉及发育等领域对人类认知作出重大贡献的研究人员1也许更重要的是， D. melanogaster 并未停止为我们提供人类生物学和疾病的新模型，正如在PubMed上使用检索词进行快速搜索所揭示的，仅在过去5年内就发表了近600篇相关文献 "果蝇模型" (2，截至2021年2月）。在美国，其中 果蝇 在生物医学领域，果蝇是一种广泛应用的模式生物，2015年美国国立卫生研究院（NIH）资助的R01研究项目中，约有2.2%的项目专门用于果蝇研究。 果蝇 研究人员3. 在中国台湾，另一方面，在圣保罗研究基金会（FAPESP）网站上搜索该州所有科学领域最重要的研究资助机构目前资助的项目，结果显示仅有24项资助和奖学金项目涉及 果蝇 作为主要研究对象4. 考虑到圣保罗研究基金会（FAPESP）目前资助的全部13205个项目....
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1. 3D 模型设计
注意：3D 打印的工作流程包含三个基本步骤：（1）3D 建模；（2）将模型导入切片软件；（3）选择合适的耗材，配置打印机，最后进行打印。以下展示了一个小型果蝇培养管架/托盘建模的基本方案；该支架适用于标准果蝇培养管，其直径约为 2.5 cm，高度为 9.8 cm。对于新模型的设计，Tinkercad 软件提供的工具可根据个人需求，轻松操作三维结构，创建出不同形状、尺寸和厚度的部件。对于首次尝试 3D 打印的果蝇研究者而言，即使遵循以下详尽的方案，仍可能面临挑战，因此我们强烈建议先熟悉该软件，以获得最佳效果。
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通过遵循方案1和方案2中的步骤，应能够设计一个简单的果蝇培养瓶架，并将模型的STL文件导入切片程序，以生成3D打印机所需的坐标。图3A展示了打印出的模型实物与其设计图的对比。我们还希望步骤1能够为使用者提供基本技能，使其能够利用Tinkercad平台中提供的基本几何形状，为实验室创建实用的装置。然而，掌握这些技能可能需要持续练习并经常参考Tinkercad帮助中心45。在方案3中，我们提供了自己设计的装置，这些装置是我们日常用于成虫或幼虫的常规果蝇饲养及行为学研究的工具。通过遵循方案2，研究人员应能够使用方案3中提供的补充文件2-6和8-10中的STL文件，打印出敲击垫支架、漏斗、Stalkers、Fly Motels、T型迷宫以及RING装置。图3B-G展示了模型设计图与实际打印组装后装置的并列图像。需要特别指出的是，每台打印机可能需要对打印参数进行微调以达到最佳效果；.......
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本文提供的3D打印方案和STL文件旨在通过使用"自制"设备，帮助建立新的果蝇实验室，或扩充现有Drosophila行为学研究设施的仪器种类。这种3D打印策略在巴西等发展中国家可能尤为有用，因为在这些国家，以Drosophila作为研究人类生物学模型生物的研究尚显不足，且专用设备价格昂贵。我们的方案提供了如何制作塑料框架以及组装相对简单装置的说明，例如培养管架、记忆实验、求偶行为实验和攀爬实验装置，这些装置可能仅需额外添加一些简单的非打印部件即可实现完整功能。为获得理想的打印效果，用户可能需要根据自身打印机的情况调整若干打印参数。在图2B中，位于"速度与质量"（红色方框3）下的设置选项，包含可能决定最终打印件质量的关键参数。"打印速度"控制打印机挤出头形成3D部件时的工作速度范围；速度越低，最终质量越高，但完成任务所需的总时间也越长。在"第一层"设置中，应特别关注直接打印在打印平台上的那层的速度。该层打印速度应较慢（30 mm/s），因为第一层的任何缺陷都可能影响其上方所有层，导致.......
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作者声明无利益冲突。
我们感谢 Emily A. McKinney 对稿件的英文编辑。G.S.G. 获得了巴西国家科学技术发展委员会（CNPq，资助号 141001/2019-4）提供的博士后奖学金支持。M.T.O. 感谢圣保罗研究基金会（FAPESP，资助号 2014/02253-6 和 2017/04372-0）以及巴西国家科学技术发展委员会（CNPq，资助号 424562/2018-9 和 306974/2017-7）提供的经费支持。C.A.C.-L. 感谢巴西西部保罗大学提供的内部财政支持。转基因果蝇品系的相关工作已获得贾博蒂卡巴尔农业与兽医学院地方生物安全委员会（CIBio）的批准，批准协议号为 001/2014 和 006/2014；同时亦获得国家生物安全技术委员会（CTNBio）的批准，批准协议号为 36343/2017/SEI-MCTIC、01200.706019/2016-45 和 5488/2017。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3D打印机 RapRep | 一款基于 Prusa I3 DIY 模式的流行 3D 打印机，制作说明详见 https://www.instructables.com/Building-a-Prusa-I3-3D-Printer-Revisited/ | ||
| 3xtubAOX 果蝇品系 | Howy Jacobs´s 实验室，坦佩雷大学 | 表达受组成型启动子调控的来自 C. intestinalis 的 AOX 基因的果蝇品系 α-微管蛋白启动子。该构建体在雄性和雌性中分别以5个和6个拷贝存在，分别为半合子和纯合子状态，分别位于X、2号和3号染色体上。 | |
| 丙烯酸板 | 60 x 60 x 3 mm | ||
| ADP | Sigma-Aldrich | A2754 | 腺苷5′二磷酸钠盐（CAS号 20398-34-9）； ≥95%；分子量 = 427.20 g/mol；水中溶解度为 50 mg/ml |
| 抗霉素A | Sigma-Aldrich | A8674 | 抗霉素A（源自链霉菌属，CAS号 1397-94-0）；分子量约 548.63 g/mol；在95%乙醇中的溶解度为 50 mg/mL |
| 琼脂 | 生长 | K25-611001 | 用于细菌学；粉末；凝固剂（12-20 g/L） |
| 牛血清白蛋白（BSA） | Sigma-Aldrich | A7030 | 热激组分，无蛋白酶，无脂肪酸，基本无球蛋白（CAS编号 9048-46-8）；pH 7 ≥98%；水中溶解度为40 g/mL |
| 去离子水 | |||
| EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | 乙二醇双(2-氨基乙基醚)四乙酸（CAS号 67-42-5）； ≥97%；分子量 = 380.35 g/mol |
| 乙醇 99.5% | |||
| 乙烯-醋酸乙烯酯泡沫 | 可用厚棉片替代 | ||
| 坐标纸 | 0.2 cm² 网格 | ||
| Hepes | Sigma-Aldrich | H4034 | 4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙磺酸（CAS号 7365-45-9），BioPerformance 认证； ≥99.5%（滴定法），经细胞培养测试；分子量 = 238.30 g/mol |
| 匀浆器 | 赛多利斯 | 手持式玻璃匀浆器（S型），1 mL；由硼硅酸盐玻璃制成的圆筒和S型柱塞组成；常用于简单的样品制备，例如组织样品的破碎。 | |
| KCl | Amresco | 0395-2 | 氯化钾（CAS号 7447-40-7）； ≥99.0%；分子量 = 74.55 g/mol |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5379 | 磷酸二氢钾（CAS号 7778-77-0）；ReagentPlus；分子量 = 136.09 g/mol |
| 线性轴承（LM8UU） | 8 mm，任何品牌 | ||
| 苹果酸 | Sigma-Aldrich | M1000 | L-(-)-苹果酸（CAS编号 97-67-6）； ≥95-100%；分子量 = 134.09 g/mol，水中溶解度：100 mg/mL。溶液的 pH 值调节至约 7.0。 |
| MgCl2 | Amresco | 0288-1KG | 氯化镁六水合物（CAS号 7791-18-6）；纯度99%–102%；分子量 = 203.3 g/mol |
| 微量离心管 | 1.5 mL；每100刻度µL，可高压灭菌 | ||
| Na2HPO4 | Amresco | 0348-1KG | 磷酸氢二钠七水合物（CAS号 7782-85-6）；纯度98-102%；分子量 = 268.07 g/mol |
| NaCl | 霍尼韦尔 | 31434-1KG | 氯化钠（CAS编号 7647-14-5）； ≥99.5%；分子量 58.44 g/mol。仅限实验室使用。 |
| Oxigraph-O2k | Oroboros | 10000-02 | 系列 D-G；O2k 核心组件：包括带有不锈钢外壳的 O2k 主机单元、O2k 装配工具包、两个 OroboPOS（极谱式氧气传感器）及 OroboPOS 维护工具包、DatLab 软件、ISS-集成抽吸系统以及 O2k 滴定套装。 |
| 永久性记号笔 | 优选黑色 | ||
| 培养皿 | 90 × 15 毫米培养皿；常用于细菌培养 | ||
| PLA 3D打印耗材 | Quantum3D 打印 | http://quantum3dprinting.com/ | 高质量聚乳酸丝材（PLA），强烈推荐，（1.0 kg 卷装），任何品牌 |
| 脯氨酸 | Sigma-Aldrich | P0380 | L-脯氨酸（CAS号 147-85-3）；粉末；纯度99%；分子量 = 115.13 g/mol |
| 没食子酸丙酯 | Sigma-Aldrich | P3130 | 没食子酸丙酯（CAS号 121-79-9）；粉末； ≥98%；分子量 = 212.20 g/mol；在乙醇中溶解度为 50 mg/ml |
| 丙酮酸 | Sigma-Aldrich | P2256 | 丙酮酸钠（CAS编号 113-24-6）， ≥99%；分子量 = 110.04 g/mol；水中溶解度为 100 mg/mL |
| 矫正轴 | 8 × 300 毫米，任何品牌 | ||
| Rotenone | Sigma-Aldrich | R8875 | 鱼藤酮（CAS 号 83-79-4）； ≥95%，分子量 394.42 g/mol |
| 橡皮筋 | 可用一段字符串替换 | ||
| 螺丝刀 | 组装部分3D打印装置 | ||
| 螺丝 | M3 × 8 mm | ||
| SD 卡 | 至少 32Mb 大小；通常随 3D 打印机提供 | ||
| 软件 Repetier Host | Hot-World GmbH & Co. KG | https://www.repetier.com/ | 出色的切片软件，免费提供 |
| 软件 Tinkercad | Autodesk | https://www.tinkercad.com | 免费的三维模型设计软件 |
| 体视显微镜 | Leica | M-80 | 体视显微镜，变倍范围 7.5-60X + Leica cls 150 LED 光源 |
| 蔗糖 | 默克 | 107,651,000 | 蔗糖（用于微生物学，CAS号 57-50-1）； |
| Tris | Amersham Biosciences | 17-1321-01 | Tris（羟甲基）氨基甲烷（CAS号 77-86-1）；纯度99.8-100.1%；分子量121.14 g/mol |
| 镊子 | 斯塔克 | ST08710 | 组织学镊子，直头，圆尖，12 cm，AISI-410不锈钢 |
| w1118 果蝇品系 | Howy Jacobs´s 实验室，坦佩雷大学 | 用于3XtubAOX的遗传背景对照果蝇品系 | |
| 木板 | 240 x 60 x 20 毫米 | ||
| 紧身连裤袜 | 2 × 210 毫米，任何品牌 |
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