美國Sable公司的多通道果蠅能量代謝測(cè)量系統(tǒng)用于精確測(cè)量果蠅等昆蟲乃至其它動(dòng)物呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可計(jì)算呼吸商、同步化監(jiān)測(cè)昆蟲活動(dòng)及其與能量代謝的關(guān)系，以及與其它行為模塊兼容研究分析睡眠代謝等，廣泛應(yīng)用于果蠅及其它小型昆蟲等動(dòng)物能量代謝有關(guān)的研究，如遺傳學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、腫瘤學(xué)、生物節(jié)律、睡眠代謝、肥胖、二型糖尿病和心血管疾病等生物醫(yī)學(xué)及預(yù)防醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)，以及其它昆蟲病蟲害防治、昆蟲生理學(xué)、生態(tài)學(xué)等。系統(tǒng)由二氧化碳分析儀、氧氣分析儀、多通道氣路轉(zhuǎn)換器、氣流控制器、數(shù)據(jù)采集器及程序軟件、氣室（呼吸室）等組成。可根據(jù)研究內(nèi)容及經(jīng)費(fèi)預(yù)算定制8通道（可同時(shí)測(cè)量7個(gè)動(dòng)物的能量代謝）或更多通道如16通道等觀測(cè)系統(tǒng)，或選擇同時(shí)測(cè)量CO2、O2、RQ及H2O，亦可根據(jù)要求只選擇測(cè)量CO2或O2的測(cè)量系統(tǒng)。

    左圖為模塊式果蠅代謝系統(tǒng)示意圖（來自美國Scripps研究所），右圖為高集成性的MAVEn™果蠅能量代謝系統(tǒng)（來自長春中醫(yī)藥大學(xué)）

功能特點(diǎn)：

1) 模塊式結(jié)構(gòu)，具備強(qiáng)大的系統(tǒng)擴(kuò)展功能和靈活多樣的實(shí)驗(yàn)配置，是目前世界上果蠅能量代謝研究應(yīng)用廣、發(fā)表論文最多的儀器系統(tǒng)

2) 標(biāo)準(zhǔn)配置為8通道，可擴(kuò)展為16通道、24通道或更多通道，應(yīng)用于果蠅等微小昆蟲或其它微小生物能量代謝測(cè)量

3) 高靈敏度、高精確度O2/CO2分析儀，是目前世界上可直接對(duì)單個(gè)果蠅等微小生物在線實(shí)時(shí)分析（開放式分析）的儀器系統(tǒng)

4) 可通過選配AD-2紅外活動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)同步化監(jiān)測(cè)果蠅等活動(dòng)強(qiáng)度（昆蟲活動(dòng)呼吸室置入紅外活動(dòng)監(jiān)測(cè)儀上，昆蟲的任何活動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致反射紅外光強(qiáng)度的細(xì)微變化，這種細(xì)微的變化經(jīng)檢測(cè)器監(jiān)測(cè)到并加以放大，轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集器采集和分析，最終反映昆蟲的活動(dòng)狀況）

5) 可選配溫度調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制，以及FLIC果蠅取食行為監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)其飲食行為等。

6) 可以設(shè)置不同的測(cè)量方法，如封閉式、開放式、抽樣流動(dòng)注射等測(cè)量技術(shù)

7) 可選配紅外熱成像監(jiān)測(cè)模塊，同步監(jiān)測(cè)昆蟲體溫

8) 可以其它果蠅行為分析模塊兼容，如DAM果蠅行為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行睡眠等行為與代謝分析。

技術(shù)指標(biāo)：

1） 氧氣分析測(cè)量：氧氣測(cè)量范圍0－100％，分辨率0.0001%，精確度優(yōu)于0.1％，響應(yīng)時(shí)間小于7秒，24小時(shí)漂移低于0.01％，20分鐘噪音低于0.002％pk-pk；溫度、壓力補(bǔ)償,4通道模擬輸出，16bit分辨率；數(shù)碼過濾（噪音）0-50秒可調(diào)，增幅0.2秒，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器分辨率24 bits；可同時(shí)測(cè)量溫度（測(cè)量范圍0-60℃，分辨率0.001℃）和氣壓（測(cè)量范圍30-110kPa，分辨率0.0001kPa）；具兩行文字?jǐn)?shù)字LCD顯示屏，具背光，可同時(shí)顯示氧氣含量和氣壓；大小33x25x10cm，重量約4.5kg。另有雙通道高精度氧氣分析測(cè)量儀備選。

2） 高精度差分氧氣分析儀（備選），適于果蠅等微小昆蟲的開放式在線呼吸代謝測(cè)量，測(cè)量范圍0－100%，精度0.1%，分辨率0.0001%

3） 二氧化碳分析測(cè)量（CA-10）：雙波長非色散紅外技術(shù)，測(cè)量范圍0－5％或0－10％兩級(jí)選擇（雙程），內(nèi)置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測(cè)量，響應(yīng)時(shí)間小于1秒，分辨率優(yōu)于0.0001%或1ppm（可達(dá)0.1ppm），精確度1%，建議氣流5－2000ml/分鐘，噪音小于2ppm，24小時(shí)漂移低于0.002%，通過軟件溫度補(bǔ)償，采樣頻率10Hz；具兩行文字?jǐn)?shù)字LCD顯示屏，具背光，可同時(shí)顯示CO2含量和氣壓；4通道模擬輸出，16bit分辨率，具數(shù)碼過濾（噪音）；大小33x25x10cm，重量約4.5kg

4） 超高精度二氧化碳分析測(cè)量（備選）：差分非色散紅外氣體分析儀，用于在線測(cè)量果蠅等微小生物或蜱螨類微小動(dòng)物的能量代謝，測(cè)量范圍0－3000ppm，分辨率達(dá)0.01ppm，精確度1%

5） RH－300水氣測(cè)量儀（備選）：測(cè)量范圍0.2％－100％（相對(duì)濕度）、分辨率0.001%（相對(duì)濕度），露點(diǎn)溫度-40~40℃、分辨率0.002℃（露點(diǎn)溫度），水汽密度0-10µg/ml、分辨率0.0001µg/ml，水汽壓力0-20kPa、分辨率0.01Pa；模擬輸出16 bits，建議氣流速度5-2000ml/min，具兩行文字?jǐn)?shù)字LCD顯示屏，具背光，可同時(shí)顯示水汽含量和溫度

6） SS4氣體二次抽樣單元：包括一個(gè)泵、針閥（控制進(jìn)出泵體的氣流）和氣流計(jì)（0－2000ml/m）；隔膜泵，滾軸馬達(dá)，最大流速2-4L/min；熱橋式氣流計(jì)，分辨率1ml/min，精確度2%；模擬輸出12 bits；重量約2kg

7） 氣路轉(zhuǎn)換器：8通道（包括一個(gè)Baseline通道），采樣頻率10Hz

8） UI-3數(shù)據(jù)采集器，12通道，8個(gè)模擬輸入，16bit分辨率；4個(gè)溫度輸入，分辨率0.001攝氏度；8個(gè)數(shù)字輸出用于系統(tǒng)控制，1個(gè)16bit計(jì)數(shù)器，2通道電壓輸出，脈沖寬度調(diào)制

9） 昆蟲玻璃氣室：超低二氧化碳和水氣吸收或通透性， 直徑33mm，標(biāo)配包括50mm、100mm兩種長度（可選配其它長度），氣路接口OD3.2mm，特殊設(shè)計(jì)的雙通（兩端開通）密封蓋和擋板裝置，以使氣流均勻分布

10） 微型呼吸室：呼吸室及密封蓋均為硼硅玻璃材質(zhì)，用于果蠅等微小昆蟲及昆蟲卵等的呼吸測(cè)量，直徑9.0mm，體積0.5－1.0ml，氣路接口OD1.5mm，硼硅玻璃密封蓋

11） 紅外活動(dòng)監(jiān)測(cè)（可選配）：紅外發(fā)射與檢測(cè)技術(shù)，900nm近紅外光，不會(huì)被昆蟲察覺而造成干擾，也不會(huì)產(chǎn)生明顯的熱效應(yīng)，用于監(jiān)測(cè)0.0005-1g的各種昆蟲、蜱螨等無脊椎動(dòng)物的活動(dòng)狀態(tài)，以研究昆蟲等動(dòng)物的生理生態(tài)、昆蟲活動(dòng)與溫度的關(guān)系、昆蟲活動(dòng)與呼吸代謝的關(guān)系、昆蟲健康狀況及生理狀態(tài)、殺蟲劑對(duì)昆蟲的影響及最小致死量、臨界熱極值CTmax(critical thermal maximum)、不連續(xù)氣體交換DGC(discontinuous gas exchange cycle)等。

12） Maven高通量昆蟲能量代謝測(cè)量模塊：該模塊可同時(shí)測(cè)量16通道的昆蟲呼吸室，高度集成性，涵蓋了呼吸室、RM8、Model840、MFC-2及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)UI-3和ExpeData軟件等。

13） 專業(yè)技術(shù)配置與培訓(xùn)，包括封閉式、開放式、抽氣式、推氣式、抽樣流動(dòng)注射法等不同技術(shù)裝配與操作技術(shù)培訓(xùn)。

應(yīng)用案例：

 2021年底，美國斯克利普斯研究所Tomchik教授團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》發(fā)表了關(guān)于神經(jīng)纖維瘤蛋白通過神經(jīng)元機(jī)制調(diào)控果蠅代謝“Neurofibromin regulates metabolic rate via neuronal mechanisms in Drosophila"的論文。研究采用果蠅睡眠和活動(dòng)代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SSI果蠅能量代謝系統(tǒng)）監(jiān)測(cè)果蠅的代謝率和活動(dòng)來研究Nf1突變?nèi)绾螌?dǎo)致果蠅的多動(dòng)癥、神經(jīng)元回路功能障礙和代謝改變（參見下圖）。

原文Fig3. 晝夜光周期中Nf1的損失增加了代謝率。a：果蠅呼吸代謝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；b和c為Nf1P1突變體和wCS10對(duì)照組的CO2產(chǎn)量（排放率）；d和e為Nf1P1突變體和wCS10對(duì)照組的耗氧率；f為 Nf1P1突變體和wCS10對(duì)照組的呼吸商；g和h為Nf1 RNAi與雜合對(duì)照品系的CO2產(chǎn)量；I與J為Nf1 RNAi與雜合對(duì)照品系的耗氧率；k. Nf1 RNAi與雜合性對(duì)品系呼吸商。

     為了深入了解代謝表型的晝夜參數(shù)和機(jī)制基礎(chǔ)，通過SSI果蠅能量代謝系統(tǒng)測(cè)量氧氣消耗（VO2）和二氧化碳產(chǎn)量(VCO2), 24小時(shí)光周期Nf1P1突變體的VCO2和VO2均高于對(duì)照組（Fig3b,d）, Nf1P1突變體日間和夜間的總代謝率均高于對(duì)照組（Fig3c,e）。同樣，當(dāng)使用nSyb-Gal4敲掉Nf1泛神經(jīng)元時(shí)，發(fā)現(xiàn)VCO2和VO2均高于對(duì)照組（Fig3g-j），而且呼吸商（RQ）均顯著下降（Fig3f,k）。RQ降低與內(nèi)源性脂肪儲(chǔ)備利用率增加一致，表明Nf1的喪失可能會(huì)增加脂肪利用率。總體而言，這些數(shù)據(jù)為Nf1在代謝調(diào)節(jié)中的作用提供了獨(dú)立的支持，表明它在24小時(shí)光周期內(nèi)是一致的，并表明它可能是由脂肪穩(wěn)態(tài)改變引起的。

北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司與美國Sable等國際能量代謝測(cè)量技術(shù)公司合作，為國內(nèi)生物學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)研究提供全面能量代謝研究技術(shù)方案和能量代謝實(shí)驗(yàn)室方案：

SSI大鼠、小鼠等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物能量代謝測(cè)量技術(shù)

畜禽能量代謝測(cè)量技術(shù)

斑馬魚能量代謝測(cè)量技術(shù)

人體能量代謝測(cè)量技術(shù)

Foxbox超便攜能量代謝測(cè)量技術(shù)

動(dòng)物活動(dòng)與生理指標(biāo)（體溫、心率等）監(jiān)測(cè)技術(shù)

測(cè)量參數(shù)包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）、呼吸商（RQ）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導(dǎo)速率（Ct）、日代謝率（DEE）、最大代謝率（MRmax）、呼吸水分喪失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)、定制行為學(xué)模塊參數(shù)等。

參考文獻(xiàn)

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).