Name: AC-DC 电穿透法用于研究跗库蚊在人手上的探测和摄入行为 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-11-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 42 s
Description: 了解AC-DC电穿透法用于研究Culex tarsalis蚊在人手上的探测和摄入行为。该方法以非侵入方式记录蚊虫吸血过程中的电信号波形，揭示病原体传播机制，为蚊媒传染病防控策略提供新思路。

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我们感谢俄克拉荷马州立大学的Astri Wayadande教授在蚊子电极连接技术方面的开创性工作，感谢加利福尼亚州帕利耶市美国农业部农业研究局（USDA-ARS）的Elaine Backus博士以及佛罗里达州盖恩斯维尔市EPG技术公司（EPG Technologies Inc.）的Andrew Dowell先生在EPG设备故障排查方面提供的帮助。我们还感谢位于堪萨斯州曼哈顿市的美国农业部农业研究局昆虫饲养室（USDA-ARS Insectary）的Dustin Swanson博士和William Yarnell先生提供蚊子样本，以及堪萨斯州立大学的Miriam Ruhinda女士在拍摄操作视频过程中给予的协助。本研究得以开展得益于堪萨斯州立大学分子昆虫学综合核心设施（Integrated Molecular Entomology Core, IEMC）的资源支持。本研究由美国农业部研究、教育与经济人才发展协议（#58-3022-0-002）和哈奇多州项目（Hatch Multistate Project, NE1943）资助。本论文为美国堪萨斯州曼哈顿市堪萨斯州立大学堪萨斯农业实验站（Kansas Agricultural Experiment Station）的第24-194-J号贡献。

Non-invasive Electropenetrography to Study Mosquito Probing Behaviors

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作者声明无利益冲突。本出版物中提及的商品名或商业产品仅为提供具体信息之目的，并不意味着美国农业部推荐或认可这些产品。本报告中的结论仅代表作者观点，不一定反映美国农业部的立场。

使用AC-DC EPG时，必须对硬件和软件的操作具备基本理解30 并严格遵循本文所述的实验方案，以避免损坏设备。尤其需要注意的是，除非已接地于法拉第笼，否则切勿在设备开启时触碰前置放大器头部。建议尽可能在法拉第笼内部较深的位置进行记录。30笼门不一定需要关闭即可获得可解读的波形，除非在环境电噪声过强的环境中进行记录。法拉第笼内不得放置任何电动设备。需要注意的是，法拉第笼本身必须仅通过头部放大器实现电气接地，才能正常工作。这可通过将头部放大器连接至一个金属实验支架来实现，支架的一只支脚需打磨去漆，以提供导电通路，使法拉第笼捕获的电流经实验支架流入头部放大器的金属外壳，再沿导线传至控制箱，经电源进入正确接地的电网&#160;墙式电源插座，并通过建筑物接地导入大地30可以使用万用表通过测量不同点之间的电阻率（电导率的倒数）来检查笼体内部各组件之间连接的质量。也可将一台无线调幅收音机置于法拉第笼内，关闭门后验证声音是否显著减弱（或理想情况下完全消除），以确认法拉第笼能够有效屏蔽空气传播的电信号（E. Backus） 个人通讯).
正确且标准化地制备银胶，并将记录电极牢固地连接到昆虫体表，是获得可用记录的关键。昆虫表皮具有绝缘性，若银胶未能充分渗透表皮孔隙，无法在昆虫体内与位于前胸背板表面的金丝之间建立导电通路，则表皮会起到电容作用30。每次进行EPG实验前，应同时制备银胶，使用管中新鲜的银胶，并在绑线过程中频繁更换经剧烈涡旋混匀的新鲜银胶。确保金丝环紧贴胸部，使整个环与表皮充分接触，避免倾斜或被过厚的银胶层及鳞片隔开，以形成稳定的电连接，同时防止蚊虫从导线上脱落或逃逸。
此处所述方案在应用于不同蚊种时需进行优化。针对特定节肢动物进行记录时，最佳EPG参数（输入电阻水平、电压、电流类型和硬件增益）必须通过实验确定12,30然而，一旦调整好偏移量，在处理相似的蚊虫时便无需再次调整。已针对交流-直流EPG确定了最佳设置 埃及伊蚊26&#160;和 Cx. tarsalis27. 波形库（定义于 表 2针对其他物种进一步完善该技术将有助于推动EPG在蚊虫研究中的应用。同时，还需针对目标蚊种优化麻醉条件，因为不同蚊种的吸血行为可能因麻醉方式的选择而受到不同程度的影响。例如， Cx. tarsalis 在使用CO麻醉15分钟后，需要4小时的恢复期2，而对 埃及伊蚊， 冰麻醉15分钟后，15分钟的恢复期已足够。 Culex tarsalis然而，&#160;难以通过冷暴露降低，因此CO2 尽管恢复期较长，但仍被广泛使用。
尽管在查阅在线资源30,31或接受有经验用户的培训后，AC-DC EPG监测仪&#160;的使用较为简便，但仍需进行一些故障排查。最初，作者在记录蚊虫探针信号时，在预信号中观察到一个意料之外的11 Hz正弦波，而该现象此前未被Wayadande及其同事26观察到或报道过。经与E. Backus咨询后认为，该问题可能源于法拉第笼中存在干扰性的接地回路。通过改用新型法拉第笼——由高导电性铜网制成，连接至铝制框架，并用螺栓固定于由橡胶脚垫支撑的大面积铝制底板上，使其与下方实验台隔离（图1B），成功消除了11 Hz的噪声信号（图3C,C'）。此外，偶尔在首次开启EPG电源时，整流前后的信号会呈现为粗而模糊的线条，而非应有的细而平滑的直线。通常可通过关闭仪器并检查所有线缆连接来解决此问题。若此方法无效，将仪器断电1–3分钟通常可恢复正常。极少数情况下，仪器运行过程中整流前后信号会变粗变模糊，此时可通过关闭仪器，将其插入不同的电源插座，或通过电压调节器和电源净化器连接至电源来解决。理想情况下，为EPG监测仪配备专用电路，可彻底消除因冰箱及其他设备与EPG共用同一电路所引起的线路噪声30。
目前，利用EPG研究蚊虫存在两个主要局限性。首先，很少有相关性研究被用来验证特定的取食行为与波形之间的对应关系。尽管对于每种波形家族（表1）以及部分波形类型（M1和M2）所对应的生理活动存在较强的假设，但除血液摄入已被证实与M波形家族相关外26,27，大多数假设尚未经过实验验证。尤为重要的是，必须明确与唾液分泌事件相对应的波形，因为许多病原体是通过唾液传播的。要对不同处理组之间波形持续时间与出现次数的显著差异进行有意义的解释，就必须建立EPG波形与蚊虫生物学行为之间的关联。其次，在EPG记录过程中，蚊虫的探刺和摄食频率往往远低于预期值27。将蚊虫个体通过细导线固定并直接放置于宿主表面，可能会阻碍其远距离寻找宿主及群体取食等自然行为，从而影响其探刺和摄食行为。尽管正确连接导线的昆虫仍可正常行走和飞行，但蚊虫常会拉扯导线，有时甚至缠绕在一起，或以不自然的角度固定自身，表明导线连接在一定程度上影响了其行为。作者测试了多种策略以提高EPG过程中的探刺频率，其中最有效的方法包括：蚊虫过夜饥饿处理、使用较老的个体、在将其放置于手部前暴露于人呼出气体、在手部涂抹人唾液，以及让宿主持续微调手部位置，以确保蚊虫处于最佳探刺位置27。
尽管存在这些局限性，交流-直流电穿透图谱（AC-DC EPG）在研究刺探和摄食行为方面仍具有诸多优于其他方法的优势。诸如BiteOScope11、flyPAD15和自动化生物材料平台（Automated Biomaterial Platform）14等系统虽被设计用于量化血液摄取过程中的刺探行为、摄食行为及唾液分泌，但其依赖透明的人工基质和液体饲料，缺乏正常的宿主组织系统和宿主相关信号。尽管这些合成平台在许多实验目的上具有实用性，但AC-DC EPG的一个显著优势在于能够在自然宿主系统中研究节肢动物的行为及相关变量。此外，AC-DC EPG系统具备用户自定义的适应性，相较于其他EPG仪器22,33以及类似EPG的电子监测设备16,21，具有额外优势——后者不具备可调节的输入电阻（Ri）水平、电流类型和电压水平，而这些参数对于获取信息量最大化的波形、并最大限度减少对多种宿主和节肢动物的不利影响至关重要22,23。肌电图（EMG）技术也可用于研究血液摄食行为，但其电路通常仅包含节肢动物本身，且仅能记录最靠近记录电极的肌肉电位，因此所得波形无法提供宿主-昆虫界面处精细活动的信息，例如细胞破裂、口针位置与活动，以及口器结构中的流动电位28,34。活体显微技术可用于直接观察活体宿主组织中口器的运动与活动细节，但该技术需对活体动物模型实施侵入性操作9。唯有AC-DC EPG监测仪能够在无需侵入性操作的前提下，实时提供关于在活体不透明宿主组织中发生的刺探、摄食和唾液分泌行为的高度详细信息，并且适用于多种不同的节肢动物10,12。
这是首次详细描述对蚊虫进行电极连接、构建昆虫吸虫器以及在人类宿主上进行交流-直流电穿透图谱（AC-DC EPG）记录的分步操作流程。这些方案有望促进AC-DC EPG技术在蚊虫取食人类血液研究中的应用。未来采用AC-DC EPG的研究可能包括对吸血基本机制及宿主组织损伤10的探索，例如识别吸血前典型探查行为序列、研究血液在口器中的流动过程，以及比较不同节肢动物物种或发育阶段之间的取食可塑性26。EPG还可用于量化杀虫剂、拒食剂和驱避剂的作用效果12。本文所介绍的在人手上应用AC-DC EPG研究蚊虫的方法将加速上述研究进程，并推动对蚊虫吸血生物学的全新认知。

蚊子作为疾病传播媒介和滋扰性害虫，给全球带来巨大痛苦和经济损失1。Anopheles 蚊类传播疟疾，每年在全球造成约2.19亿例感染病例，死亡人数超过40万2，直接经济损失达120亿美元3。Aedes 蚊类是公共卫生领域最重要的传播媒介之一，因其几乎遍布全球，可传播基孔肯雅热、登革热、淋巴丝虫病、裂谷热、黄热病和寨卡病毒等病原体，导致死亡、压垮医疗系统，并引发长期痛苦、终身疾病和残疾4,5。此外，Culex 蚊类传播马脑炎、日本脑炎、淋巴丝虫病、圣路易斯脑炎和西尼罗河热等疾病的病原体，对人类和动物健康均造成影响3,4。
以杀虫剂为基础的媒介控制是全球控制媒介传播疾病的主要方法6,7然而，可用于蚊虫控制的杀虫剂数量有限。此外，许多物种，尤其是 伊蚊 蚊虫，影响了我们防控虫媒疾病的能力，并推动了对新型防控策略的需求6,8更好地了解蚊子的生物学特性、蚊子-宿主-病原体之间的相互作用以及调控病原体传播的过程，有助于推动新型病媒控制工具的开发6.
在宿主组织中的探查和吸血行为可能影响病原体的传播及疾病病理9,10,11,12。例如，当埃及伊蚊（Aedes aegypti）直接从毛细血管吸血时，比从破裂血管外积聚的血液中摄取的微丝蚴数量更多13。因此，针对这一主题的基础与应用研究有助于开发、优化和评估蚊媒控制策略及其他阻断病原体传播的措施。然而，关于发生在宿主皮肤表面以下的隐秘吸血行为，目前仍存在显著的知识空白，因为这些行为通常需要对活体动物模型进行侵入性操作，或依赖透明的人工基质或液体食料进行研究9,11,14,15。非侵入性的电穿透图谱技术（EPG；也称为电探针图谱）已被用于研究植食性昆虫的取食行为，涉及植物病原体传播、寄主植物抗性以及杀虫剂作用机制等领域，该技术使研究人员能够间接观察、记录并量化昆虫口器在寄主组织内部的运动和行为10,12。
自20世纪50年代以来，电子刺探监测技术已被应用于吸血节肢动物，包括蚊子16,17,18,19,20。然而，EPG技术从未在吸血节肢动物中得到广泛应用，因为尚未验证与波形相对应的生物学活动21。此外，早期仪器的设计和电子元件导致某些电信号被过度放大、信噪比高、波形分辨率低且发生畸变，并对脊椎动物宿主造成刺激12,22。一种较新的仪器——交流-直流EPG监测仪23，具备可调设置和改进的信号处理功能，更适合记录吸血节肢动物的活动，并有助于在实验相关性研究中解析波形的生物学来源10,12。
在EPG检测中，通过基质电压探针（即参考电极）将电信号施加到寄主上。节肢动物被连接至记录电极，并置于寄主表面。当节肢动物将其口器（即口针）插入寄主时，电信号被传递至交流-直流EPG监测仪进行信号处理。这些电信号随后以“波形”形式显示在计算机上，对应特定行为，如口器运动、取食、唾液分泌以及病原体的获取与接种10,12。基于波形出现的频率和持续时间，可进一步计算不同层级（科、类型和亚型）下与波形持续时间和次数相关的顺序性与非顺序性响应变量24,25，从而深入了解物种内部及物种之间，以及在生物和非生物因素（如寄主、病原体、杀虫剂和环境条件）影响下的取食行为特征10,12。
迄今为止，交流-直流电穿透图（AC-DC EPG）监测仪已被用于表征埃及伊蚊（Ae. aegypti）26 和致倦库蚊（Culex tarsalis）27 在人手上的刺探和摄食行为，以及微小牛蜱（Dermacentor variabilis）和美洲钝眼蜱（Amblyomma americanum）在牛犊上的摄食行为28。此外，最近还开发了一种用于EPG研究的小鼠模型29，以促进利用该仪器开展病原体相关研究。人手是进行蚊虫波形初始表征的理想选择，因为人类宿主能够报告其感受到蚊虫刺探及其他行为的时间点，从而更易于将波形与具体行为相对应（表1）。此外，深入理解不同人群中的蚊虫摄食行为可塑性，有助于开发更具针对性的蚊虫及其传播病原体的管理干预措施。
表1：用于分类记录的电信号的波形家族描述 Culex tarsalis 使用交流-直流EPG在人手上进行。 探测阶段及每种波形家族对应的生物活性。参见 Cooper 等人。27 更多信息请参见正文。缩写：AC = 交流电，DC = 直流电，EPG = 电穿透图 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66877/Table1_31July2024.xlsx" target="_blank">请点击此处下载此表格。</a>
为了促进利用EPG研究蚊虫生物学及宿主-媒介相互作用，本文介绍了使用AC-DC EPG监测仪定量分析致倦库蚊（Cx. tarsalis）在人手上的取食行为的方法。这些方案基于在线资源中描述的基本AC-DC EPG操作流程30，并假设使用者已具备AC-DC EPG及其相关软件的基本操作知识31。所述操作步骤可针对其他蚊种和宿主物种进行适当调整，为开展以假设为导向的蚊虫取食行为研究提供基础。
表2：交流-直流电穿透图（AC-DC EPG）常用术语定义。 定义基于在线资源30,31 和科学文献32 中提供的内容。缩写：AC = 交流电，DC = 直流电，EPG = 电穿透图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66877/66877_Table 2.xlsx" target="_blank">请点击此处下载该表格。</a>

<table><tbody><tr><td>&lt;em&gt;&lt;u&gt;&lt;strong&gt;仪器设备&lt;/strong&gt;&lt;/u&gt;&lt;/em&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>交流-直流4通道电穿刺仪</td><td>EPG Technologies, Inc.</td><td></td><td>用于EPG，包括电源、控制箱、开关接口箱、四个头级放大器、四个基质电压探针及相关线缆</td></tr><tr><td>气垫</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>供人体受试者在进行EPG时放置手/手臂</td></tr><tr><td>DI-710 数据采集硬件（AD 板）</td><td>DATAQ Instruments Inc.</td><td></td><td>用于将模拟EPG信号数字化，以便在计算机上进行可视化</td></tr><tr><td>可调光LED放大台灯，大尺寸5倍免手持带灯放大镜，配支架，适用于阅读、爱好、手工、缝纫、工作台</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于EPG期间的行为观察；仅在EPG期间拔掉插头，否则可能产生噪音</td></tr><tr><td>Dino-Lite Edge 数码显微镜（250倍放大）</td><td>Dino-Lite</td><td>AF4915ZT</td><td>用于EPG期间的行为观察</td></tr><tr><td>Dino-Lite 灵活臂台式支架</td><td>Dino-Lite</td><td>MS22B</td><td>用于固定和操控相机</td></tr><tr><td>Eisco 钢制铁架台底座及铁杆套装</td><td>Fisher Scientific</td><td>S41740</td><td>用于固定头级放大器 &amp;amp; 接地法拉第笼（必须由金属制成）</td></tr><tr><td>EPG 在线研讨会</td><td>佛罗里达大学农业与生命科学推广中心</td><td>https://ifas-crec-entomology.catalog.instructure.com/courses/epg-workshop-2022</td><td>AKA, &quot;在线资源&quot; 用于学习EPG（仪器设置、数据采集与分析、法拉第笼构建、银胶制备、昆虫样本台制作等）</td></tr><tr><td>Furman P-1800 AR 电源调节器/稳压电源</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于减少线路噪声</td></tr><tr><td>小气泡缓冲包装膜</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用作主机与法拉第笼之间的屏蔽屏障</td></tr><tr><td>特罗姆纳·塔尔博伊斯实验室颚式常规夹持器</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-217-121</td><td>用于固定头级放大器 &amp;amp; 将法拉第笼接地（必须由金属制成，且表面不得有塑料涂层）</td></tr><tr><td>Windows 计算机</td><td>最佳购买</td><td></td><td>用于EPG &amp;amp; 统计分析</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;软件&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Backus 2.0 数据分析 SAS 程序&amp;nbsp;</td><td>佛罗里达大学农业与生命科学推广中心</td><td>https://crec.ifas.ufl.edu/extension/epg/data-analysis/</td><td>用于波形数据的统计分析</td></tr><tr><td>Ebert 1.0 文件处理与错误检查 SAS 程序</td><td>佛罗里达大学农业与生命科学学院推广项目</td><td>https://crec.ifas.ufl.edu/extension/epg/data-analysis/</td><td>用于波形数据统计分析的文件准备</td></tr><tr><td>SAS 9.4 版本</td><td>SAS Institute Inc.</td><td></td><td>用于波形数据的统计分析</td></tr><tr><td>WinDaq Lite&amp;nbsp;</td><td>DATAQ Instruments Inc.</td><td></td><td>用于记录和回放EPG数据。&amp;nbsp; 包含 WinDaq 硬件管理器软件（又称， &quot;硬件管理软件&quot;）和 WinDaq 波形浏览器软件（又名， &quot;波形审阅软件&quot;仅限在 Windows 计算机上使用。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;法拉第笼&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>铝制屏幕框架</td><td>家得宝</td><td>MSCF5167</td><td>用于&amp;nbsp; 法拉第笼的壁</td></tr><tr><td>铝板，0.125（1/8）英寸厚，3003-H14</td><td>金属仓库</td><td>S318</td><td>法拉第笼的底座</td></tr><tr><td>角撑板，1&quot;&amp;nbsp;</td><td>家得宝</td><td>339547</td><td>用于&amp;nbsp; 法拉第笼的壁</td></tr><tr><td>平头十字槽机用螺钉，#6-32 x 1&quot;</td><td>家得宝</td><td>459999</td><td>用于法拉第笼的构建</td></tr><tr><td>平垫圈，#6&amp;nbsp;</td><td>家得宝</td><td>638977</td><td>用于法拉第笼的构建</td></tr><tr><td>Fluke 15B+ 数字万用表，适用于电气应用，可测量最高1000 V交流/直流电压和10 A电流，兼具电阻、通断性、二极管和电容测量功能</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于测试法拉第笼</td></tr><tr><td>便携式调幅调频收音机，Goodes 晶体管收音机，带大音量扬声器、耳机插孔，2节AA电池供电，支持远距离接收，适用于室内、户外及应急场景的袖珍收音机</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于测试法拉第笼</td></tr><tr><td>纯铜筛网，16 × 16 目，丝径 0.11，36&quot; x 12'</td><td>Metro Screenworks</td><td></td><td>用于&amp;nbsp; 法拉第笼的壁</td></tr><tr><td>六角头组合机螺钉，#6-32 × 3/4&quot;</td><td>家得宝</td><td>528466</td><td>用于法拉第笼的构建</td></tr><tr><td>砂纸，1/2&quot; 由 1&quot;，150目</td><td>家得宝</td><td>19036-20-CC</td><td>用于去除实验支架底部的油漆</td></tr><tr><td>筛框角，5/16&quot;&amp;nbsp;</td><td>家得宝</td><td>WCORN516</td><td>用于&amp;nbsp; 法拉第笼的壁</td></tr><tr><td>屏框密封条，0.14&quot;&amp;nbsp;</td><td>家得宝</td><td>3034719</td><td>用于&amp;nbsp; 法拉第笼的壁</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;昆虫标本&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>黄铜盾形装饰钉</td><td>家得宝</td><td>801294</td><td>用于构建昆虫标本&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>铜线，20 AWG</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于制作昆虫标本&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Harris 水溶性苏木精&amp;nbsp;</td><td>家得宝</td><td>355398</td><td>用于帮助焊接涂层昆虫电极导线并形成牢固连接</td></tr><tr><td>尖嘴钳</td><td>家得宝</td><td></td><td>用于制作昆虫针插标本时弯曲金属丝</td></tr><tr><td>Pro's Kit 900-015 帮手式焊接辅助工具</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于在焊接过程中固定盾形销钉</td></tr><tr><td>焊锡（含松香芯）</td><td>家得宝</td><td>296497</td><td>用于构建昆虫标本&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>导线剥线钳工具</td><td>家得宝</td><td></td><td>用于制作昆虫载片时剥离和切割铜线</td></tr><tr><td>YIHUA 928D-III 电烙铁，110 W 高功率，全数字显示电烙铁</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于制作昆虫标本；配备支架、海绵和钢丝绒用于清洁</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;昆虫吸虫器&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Accuris ASPIRE 实验室抽吸泵</td><td>Accuris 仪器</td><td>V0020</td><td>用于对昆虫吸虫器施加吸力；包含手持式真空控制器、细尖（40 mm）不锈钢接头和移液器吸头适配器</td></tr><tr><td>Chemglass Life Sciences 帕斯德吸管，5 3/4&quot; 长</td><td>Fisher Scientific</td><td>NC0230004</td><td>用于蚊虫接线时作为昆虫吸虫器使用</td></tr><tr><td>商用彩色乙烯基电工胶带</td><td>家得宝</td><td></td><td>用于将改装的巴斯德移液管连接至真空管线</td></tr><tr><td>蚊帐用网眼织物，10 cm × 10 cm 方形</td><td>乔安布料</td><td>16651622</td><td>防止蚊子被吸入真空泵</td></tr><tr><td>Saint Gobain Performance Plastics 软管 Tygon 1/4 x 7/16</td><td>Fisher Scientific</td><td>50-206-8914</td><td>用于快速、便捷地切换不同的改良帕斯特吸管</td></tr><tr><td>赛默飞世尔科技 Nalgene HDPE 快速接头（内径 3/8 至 7/16 英寸）</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-315B</td><td>用于快速、便捷地切换不同的改良型巴斯德吸管</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;银胶&amp;nbsp;&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Elmer's 多功能白色胶水</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于银胶制备</td></tr><tr><td>银片，纯度99.9%&amp;nbsp; 4-8 &amp;micro;m</td><td>ThermoFisher</td><td>786.09</td><td>用于银胶制备</td></tr><tr><td>银片，纯度99.95%，8-10 &amp;micro;m</td><td>Inframat先进材料</td><td>47MR-12F</td><td>用于银胶制备</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;昆虫麻醉&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 气泡器套装，1000 mL，#9 橡胶塞</td><td>FlyStuff</td><td>59-181</td><td>用于使用蝇垫时防止昆虫脱水</td></tr><tr><td>Flypad&amp;nbsp;帧，标准尺寸</td><td>FlyStuff</td><td>59-118</td><td>防止蚊子从蝇垫上掉落</td></tr><tr><td>Flystation 毛刷</td><td>FlyStuff</td><td>59-205</td><td>用于减少在果蝇操作垫上工作时产生的静电</td></tr><tr><td>Flystuff&amp;nbsp;Flypad&amp;nbsp;标准尺寸</td><td>FlyStuff</td><td>59-114</td><td>AKA &quot;麻醉垫&quot; 用于麻醉蚊虫</td></tr><tr><td>漏斗（4 英寸直径）</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>在将蚊子转移到蝇板之前，对蚊子杯进行通气处理</td></tr><tr><td>有机玻璃或平板塑料盖（裁剪至合适尺寸）</td><td>家得宝</td><td>MC-27</td><td>若蚊子开始苏醒，用于覆盖蝇垫</td></tr><tr><td>关闭塑料软管管夹 单一位置和可调节开启（多种规格 1/8）&quot; 至 1/2&quot;)</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于在飞垫和漏斗之间引导气体</td></tr><tr><td>单阶段一氧化碳&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 调节因子</td><td>FlyStuff</td><td>59-142</td><td>用于调节 CO 气体的气流&lt;sub&gt;2 &lt;/sub&gt;罐</td></tr><tr><td>&amp;ldquo;T&amp;rdquo; 适用于1/8英寸内径管路的接头</td><td>FlyStuff</td><td>59-123</td><td>用于连接果蝇培养皿和漏斗至 CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 罐</td></tr><tr><td>透明管&amp;nbsp;</td><td>FlyStuff</td><td>59-124C</td><td>用于连接漏斗和果蝇培养板至CO₂调节器&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 罐</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;昆虫电极植入技术&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>黑色卡纸（65磅，176克/平方米）&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt;) 8.5&quot; × 11&quot;</td><td>Michael's Stores Inc.</td><td>327826</td><td>以便更清楚地观察金线</td></tr><tr><td>黑色 construction paper 方形 3.5&quot; × 4.0&quot;</td><td>订书钉</td><td>956221</td><td>以便更清楚地观察金线</td></tr><tr><td>棉球</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于禁食的蚊虫</td></tr><tr><td>#12 泡沫板（3.1 cm × 17.2 cm × 30.2 cm）</td><td>Joann 布艺与手工用品商店</td><td>1941079</td><td>用于固定带电线的蚊子</td></tr><tr><td>Deflecto 透明色丝带分配器</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于储存金线</td></tr><tr><td>超轻型昆虫学镊子</td><td>Fisher Scientific</td><td>S72110</td><td>用于昆虫操作</td></tr><tr><td>精细镊子（FST by Dumont：#5 91150-20，Inox-Electronic）</td><td>Fine Science Tools</td><td>91150-20</td><td>用于在给蚊子接线时制作金环</td></tr><tr><td>精细画笔</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于在接线和EPG过程中操控蚊虫；若用于EPG，必须具有塑料或木质手柄</td></tr><tr><td>细尖标准移液管，窄口，5.8 mL</td><td>Thomas Scientific</td><td>7761D21</td><td>用于银胶制备</td></tr><tr><td>金丝，99.99% 纯度，0.025 mm 厚度</td><td>古德费洛</td><td>AU005121</td><td>用于蚊虫神经回路连接</td></tr><tr><td>微型固定针，尖端直径 0.2 mm，长 1 cm</td><td>Fisher Scientific</td><td>NC9681411</td><td>用于在蚊子身上涂抹胶水</td></tr><tr><td>纸杯&amp;nbsp;</td><td>硬质纸管</td><td></td><td>用于禁食的蚊虫&amp;nbsp;&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>台钳</td><td>Fisher Scientific</td><td>50-996-811</td><td>用于在昆虫接线过程中固定微细针</td></tr><tr><td>带盖塑料储物箱（7 英寸 × 9 英寸 × 14 英寸）</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于运输有线蚊子</td></tr><tr><td>有机玻璃或平板塑料盖（裁剪至合适尺寸）</td><td>家得宝</td><td>MC-27</td><td>如果蚊子开始苏醒，用于覆盖蝇垫</td></tr><tr><td>自闭式镊子</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-906</td><td>用于夹持和操作金线</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;em&gt;&lt;strong&gt;压缩气体&lt;/strong&gt;&lt;/em&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CO&lt;sub&gt;2 &lt;/sub&gt;气罐</td><td>Matheson Gas</td><td></td><td>用于使用 FlyPad 麻醉蚊子</td></tr><tr><td>&lt;u&gt;&lt;strong&gt;&lt;em&gt;常见实验用品&lt;/em&gt;&lt;/strong&gt;&lt;/u&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>生物危害性废弃物高压灭菌袋，8 1/2&quot; ×11&quot;</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-410-591</td><td>用于处理吸血后的蚊虫</td></tr><tr><td>本生灯或丙烷喷灯</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于巴斯德吸管的改造</td></tr><tr><td>彩色实验室胶带</td><td>道格供应公司</td><td>EF9763R</td><td>用于标记、制备银胶和遮蔽镊子</td></tr><tr><td>一次性移液器吸头 1000 &amp;micro;L</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td>用于制备银胶时分装水</td></tr><tr><td>解剖显微镜</td><td>Leica Microsystems</td><td></td><td>用于蚊虫神经回路连接</td></tr><tr><td>解剖探针</td><td>Fisher Scientific</td><td>NC9109673</td><td>用于搅拌&amp;nbsp; 并涂抹银胶</td></tr><tr><td>锥形瓶，1000 mL</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td>用于使用蝇垫时防止昆虫脱水</td></tr><tr><td>70% 乙醇&amp;nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-122</td><td>用于回收逃逸的蚊子</td></tr><tr><td>玻璃培养皿</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-747B</td><td>用于通过冰对蚊子进行麻醉</td></tr><tr><td>手套</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>用于个人防护</td></tr><tr><td>Kimwipes KimTech Science 品牌精密任务擦拭纸&amp;nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>06-666</td><td>用于 crushing 蚊子</td></tr><tr><td>实验服</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>用于个人防护</td></tr><tr><td>LiBa 喷雾瓶，可重复灌装的空喷雾瓶（适用于外用酒精）</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于回收逃逸的蚊子</td></tr><tr><td>磁力搅拌子，2 cm 长</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td>用于混合银胶</td></tr><tr><td>机械单通道移液器 1000 &amp;micro;L</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>13-690-032</td><td>用于制备银胶时分装水</td></tr><tr><td>1.5 mL 微型离心管</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>780420</td><td>用于储存银胶</td></tr><tr><td>Parafilm M&amp;nbsp;</td><td>Fisher Scientific</td><td>50-998-944</td><td>用于密封银胶管</td></tr><tr><td>塑料封口膜</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于覆盖泡沫块</td></tr><tr><td>Pyrex 20 mL 烧杯</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>07-250-051</td><td>用于混合银胶</td></tr><tr><td>半微量天平</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>10-919-370</td><td>用于称量胶水和银粉</td></tr><tr><td>锐意记号笔，细头</td><td>亚马逊公司</td><td></td><td>用于标记</td></tr><tr><td>单刃剃须刀片</td><td>电子显微镜科学公司</td><td>71980</td><td>用于清洁昆虫载片</td></tr><tr><td>标准一次性移液管</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>133-711-7mL</td><td>用于将银胶转移至储存管&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>磁力搅拌器</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td>用于混合银胶</td></tr><tr><td>计时器/秒表</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>用于计时宿主暴露于每只昆虫的时间长短</td></tr><tr><td>超纯（18 M&amp;Omega;）水</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td>用于银胶制备</td></tr><tr><td>手术剪</td><td>Fisher Scientific</td><td>08-945</td><td>用于切割金线</td></tr><tr><td>涡旋混合器</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td>用于混合银胶</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;&lt;em&gt;&lt;u&gt;研究生物体&lt;/u&gt;&lt;/em&gt;&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;Culex tarsalis&lt;/em&gt; 蚊子</td><td>美国农业部农业研究局曼哈顿谷物与动物健康研究中心，堪萨斯州</td><td></td><td>作为研究对象使用</td></tr></tbody></table>

交流-直流电穿透图技术用于研究刺探与取食行为 culex tarsalis 人手上的蚊子

AC-DC Electropenetrography for the Study of Probing and Ingestion Behaviors of Culex tarsalis Mosquitoes on Human Hands

蚊子传播对人类和动物健康产生负面影响的病原体。深入理解其吸血生物学以及与宿主和病原体的相互作用，有助于开发控制蚊媒疾病的新靶点。然而，由于蚊子的刺探（即叮咬）行为发生在宿主组织内部，因此这类行为目前仍知之甚少。本文介绍了一种非侵入性方法，利用交直流电穿透图谱技术（EPG）间接观察和量化蚊子在人手上的刺探与摄食行为，通过记录刺探和吸食过程中产生的电信号变化来实现。使用导电银胶将细金丝连接到蚊子身上，并与EPG仪器相连。人类宿主手持一个基底电压探针。当连接了导线的蚊子对宿主进行刺探时，便形成闭合电路，电信号被记录在计算机上，表现为可测量和计数分析的“波形”。该方法已用于表征埃及伊蚊（Aedes aegypti）和三带喙库蚊（Culex tarsalis）的刺探和摄食行为，也可应用于其他蚊种。EPG可用于研究病原体、杀虫剂及其他因素对蚊子取食行为的影响。

AC-DC EPG 记录 Cx. tarsalis 蚊子在人手上吸血图4) 生成了适用于分析和发表的可解释波形27可解释的波形包含明显且可区分的重复模式，可分类为波形家族（表1 和 图4）、类型和亚型，当压缩（定义为 表2波形回放软件中的硬件增益和软件增益已进行调整27,31所有先前描述的波形家族（J、K、L、M、N）和类型（L1、L2、M1、M2） 埃及伊蚊 以人手为食源26 在生成的波形中被识别出 Cx. tarsalis 以人手为食，验证此处所述方法的有效性。此外，三种新的波形类型（M3, N1, N2以及鉴定了L1、L2、M1和M2的众多亚型27此外，当口器从寄主体内退出时，电压回落至基线的波形被命名为波形类群 W27.
在遵循本文所述操作步骤的同时，系统性地改变仪器设置（电流类型和 Ri 水平），可确定记录致倦库蚊（Cx. tarsalis）在人手上的取食行为的最佳参数，明确各波形的电学来源，测定每只蚊虫完整和不完整探刺的平均持续时间（秒），并针对不同设置对每只昆虫的波形持续时间（秒/虫，WDI）、波形事件次数（次/虫，NWEI）以及每次事件的波形持续时间（秒/事件/虫，WDEI）进行统计学比较27。此外，在不同波形期间中断蚊虫取食并进行解剖，以确定与吸血行为相关的特定波形27。针对埃及伊蚊（Ae. aegypti），也采用类似方法进行了相应研究26。
由于EPG具有较高的敏感性和复杂性，并非所有记录都能达到图中所示的清晰程度 图4峰值出现（图3A, C），硬件增益变化（图 3A, C），较差的布线工艺（图3B），波形J中的整流器折叠图3C，C'），以及电噪声（图3C，C'）偶尔会扭曲并掩盖波形，使其不适合用于发表级图表，也使评分和分析变得困难。因此，建议在前期投入精力完善布线技巧，优化增益和电压设置，调整偏移量，并控制电噪声。有趣的是，整流器折叠现象仅在波形族 J 中观察到 Cx. tarsalis (图3C，C'）且在初始偏移调整后未再出现，即使存在其他种类的蚊子（埃及伊蚊 和 致倦库蚊）被使用（数据未显示）。此外，故障排查发现，图中所示的不受控制的电噪声 图3 （面板） C 和 C') 是由于法拉第笼存在缺陷所致。在有缺陷的法拉第笼中所记录的数据仍然可用，但在建造了改进的法拉第笼后，噪声问题得以解决。图1B).
即使采取了所有预防措施和前端优化，在蚊虫电极连接质量的微小差异以及其他未知因素导致信号失真并周期性改变信噪比的情况下，仍有必要在记录过程中调整硬件增益，以确保信号处于可见范围内，并使每个波形的峰值具有足够的分辨率，以便进行波形识别与表征。然而，在记录过程中调整硬件增益可能导致电压突然偏移（图3A、C），使得波形不适合用于发表，但仍可用于（全部或部分）测量与分析。
<img alt="显示力分析的静力平衡示意图；图中突出显示 ΣFx=0、ΣFy=0 方程。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66877/66877fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：使用 107 Ω 输入电阻（Ri）和 250 mV 交流信号（AC）在人手上记录的致倦库蚊（Culex tarsalis）探针的代表性波形。 各图顶部标注了科级（NP、J、K、L、M、W）波形名称。下方图示为图 A 中选定区域的放大图。插入图显示了指定区域的放大情况。时间尺度和软件增益分别为：(A) 7.0 s/div，16×；(B) 1.0 s/div，64×；(B') 0.2 s/div，64×；(C) 1.0 s/div，64×；(C') 0.2 s/div，32×；(D) 1.0 s/div，64×；(D') 0.2 s/div，64×。缩写：AC = 交流电，Ri = 输入电阻，mV = 毫伏，Ω = 欧姆，s/div = 每格秒数。本图数据来自 Cooper 等人27。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66877/66877fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>

描述了研究刺探和摄食行为的步骤 Culex tarsalis&#160;利用交流-直流电穿透图记录法研究蚊子在人手上的刺吸行为。

交流-直流电穿透图技术用于研究刺探与取食行为 Culex tarsalis 人手上的蚊子

蚊子传播对人类和动物健康产生负面影响的病原体。深入了解其吸血生物学及其与……的相互作用

本研究团队正在利用电穿透图（EPG）技术研究节肢动物传播病毒及其他因素如何影响蚊子在吸血过程中发生的探刺和摄食行为，因为许多病原体会操控媒介生物的行为以增强其传播能力。简而言之，我们正在研究蚊子叮咬过程中发生的行为及其对病原体传播和疾病病理的影响。传统上，EPG技术主要用于研究取食植物的昆虫。近年来，针对吸血节肢动物开发的交流-直流式电探针（AC-DC EPG）技术使我们能够以前所未有的精细程度研究其在吸血过程中发生的探针和摄食行为，且无需采用侵入性操作，这可能有助于开发新型防控策略。将EPG技术应用于吸血节肢动物所面临的最大挑战，是将所记录的波形与唾液分泌、病原体传播等生物学活动进行准确关联。我们基于波形的电学起源及已有文献提出了有力的假设，但仍需获得实验证据加以验证。首先，将玻璃巴斯德移液管的尖端穿过火焰，并轻微旋转移液管。观察其直径，并重复此过程，直至移液管达到所需大小。制作昆虫吸管时，用蚊帐网布覆盖经改造的巴斯德移液管的粗端，并将其插入连接至实验室吸管的硅胶管中，再用电工胶带固定连接处。对于记录电极，使用新鲜的塑料薄膜包裹泡沫块，以固定制备好的昆虫样本和连接导线的蚊虫。用剃刀刮除铜线顶端一厘米的表面，直至其各面均呈现光亮。然后将直径为0.025毫米的金线剪成四到五厘米长的小段。使用缠有胶带的自闭合镊子夹住金属丝，以避免金属丝表面产生凹痕；将金丝轻轻缠绕在昆虫载台的铜丝上三圈，起始位置为铜丝的清洁端。用解剖探针涂抹银胶，以固定金丝位置。确认无松动端后，将昆虫载台放入泡沫中，直至胶水完全干燥。然后轻轻拨动连接在昆虫针插标本上的金丝，将其塑造成一条长而平缓的弧线，并将金丝修剪至长约2.5至3厘米。在解剖显微镜下操作时，用非惯用手握住昆虫标本上的黄铜钉，使金丝接触解剖显微镜的载物台；同时用惯用手持尖头镊子夹住金丝的最末端，将金丝尖端交叉搭接在昆虫标本的铜丝上，位置靠近粘合区域。随后轻轻拉扯昆虫标本，直至金丝在尖头镊子周围形成一个小的金环。松开金丝，小心移开镊子。用非惯用手握住昆虫载片，用尖头镊子夹住金环。在拉住昆虫载片的同时，轻轻朝远离载片的方向旋转镊子，直至金丝颈部的环弯曲成90度角。确保金环完全闭合后，再将昆虫载片放回泡沫块中。首先，准备好昆虫吸虫器和记录电极，用于蚊虫的接线。将麻醉后的蚊虫背朝下放置在麻醉垫上，使其腹部朝向研究人员。在放置实验室胶带后，将一滴0.5厘米的新鲜混合银胶滴在胶带上。然后用吸管吸取一只麻醉蚊子的腹部。仅使用短暂的负压吸力，使蚊子腹部固定到位，并利用吸管在解剖显微镜下将蚊子固定在银胶上方。将微小针浸入银胶后，在蚊虫前胸背板上涂抹一层薄薄的银胶。迅速将记录电极尖端的金环浸入银胶中，然后将其放置在蚊虫前胸背板的银胶处，前后轻轻摇动金环，确保其与表面紧密贴合。接下来，将昆虫残体以一定角度插入泡沫中，使连接导线的蚊子在苏醒后能够舒适地站立。当完成所需数量蚊子的连接后，将泡沫块放入储存盒中并进行维护。实验开始时，在电穿透图谱（electropenetography，EPG）实验当天，将记录电极连接到蚊子上。将宿主放置到位后，将头部放大器转向一侧。移除有线蚊子后，将昆虫载台的黄铜针插入头部放大器上的接口中。使用硬件管理软件开始记录。将头部放大器置于手部上方，使蚊子能够舒适地站立并进行探刺。在接地的同时打开头部放大器。根据需要调整宿主手部位置，以提高探刺成功率。使用硬件管理软件在录制期间对宿主反应、蚊虫行为、增益变化及其他相关事件进行带时间戳的观察。使用硬件管理软件调整屏幕上信号的位置和软件增益，以确保两个信号均清晰可见。如需调整硬件增益，请切换通道一的量程和倍率开关。如果该调整仍不充分，可向右或向左旋转通道一的增益旋钮，以相应提高或降低增益，避免信号达到峰值或峰形不清晰。在调节偏置时，将控制盒上的通道一偏置开关拨至“neg”位置，然后旋转通道一偏置旋钮，直至计算机屏幕上前后信号的峰出现在相同方向。如果蚊子正在进行探针操作，请等待其完成。如果在10分钟内未进行探针操作，请关闭头部放大器。让受试者小心地移开手，然后取下附着昆虫固定杆的蚊子。最后，将蚊子放入储存盒中。对致倦库蚊（Culex tarsalis）在人手上取食过程进行交流-直流电穿透图（AC-DC EPG）记录，获得了可解释的波形，可用于分类为不同的波形家族、类型及亚型。

ac-dc-electropenetrography-for-study-probing-ingestion-behaviors

Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

AC-DC 电穿透法用于研究跗库蚊在人手上的探测和摄入行为

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使用杰基龙作为模型生成的计算机模拟刺激。...

计算机生成的动物模型刺激材料

了解AC-DC电穿透法用于研究Culex tarsalis蚊在人手上的探测和摄入行为。该方法以非侵入方式记录蚊虫吸血过程中的电信号波形，揭示病原体传播机制，为蚊媒传染病防控策略提供新思路。

交流-直流电穿透图技术用于研究刺探与取食行为 Culex tarsalis 人手上的蚊子

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