美國Sable公司的多通道果蠅能量代謝測量系統用于精確測量果蠅等昆蟲乃至其它動物呼出二氧化碳量及耗氧量等，并可計算呼吸商、同步化監測昆蟲活動及其與能量代謝的關系，以及與其它行為模塊兼容研究分析睡眠代謝等，廣泛應用于果蠅及其它小型昆蟲等動物能量代謝有關的研究，如遺傳學、神經科學、營養學、腫瘤學、生物節律、睡眠代謝、肥胖、二型糖尿病和心血管疾病等生物醫學及預防醫學研究實驗，以及其它昆蟲病蟲害防治、昆蟲生理學、生態學等。系統由二氧化碳分析儀、氧氣分析儀、多通道氣路轉換器、氣流控制器、數據采集器及程序軟件、氣室（呼吸室）等組成。可根據研究內容及經費預算定制8通道（可同時測量7個動物的能量代謝）或更多通道如16通道等觀測系統，或選擇同時測量CO2、O2、RQ及H2O，亦可根據要求只選擇測量CO2或O2的測量系統。

    左圖為模塊式果蠅代謝系統示意圖（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（來自長春中醫藥大學）

功能特點：

1) 模塊式結構，具備*的系統擴展功能和靈活多樣的實驗配置，是目前世界上果蠅能量代謝研究應用廣、發表論文最多的儀器系統

2) 標準配置為8通道，可擴展為16通道、24通道或更多通道，應用于果蠅等微小昆蟲或其它微小生物能量代謝測量

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

4) 可通過選配AD-2紅外活動監測裝置，實時同步化監測果蠅等活動強度（昆蟲活動呼吸室置入紅外活動監測儀上，昆蟲的任何活動都會導致反射紅外光強度的細微變化，這種細微的變化經檢測器監測到并加以放大，轉變成電壓信號經由數據采集器采集和分析，最終反映昆蟲的活動狀況）

5) 可選配溫度調控系統進行溫度控制，以及FLIC果蠅取食行為監測模塊監測其飲食行為等。

6) 可以設置不同的測量方法，如封閉式、開放式、抽樣流動注射等測量技術

7) 可選配紅外熱成像監測模塊，同步監測昆蟲體溫

8) 可以其它果蠅行為分析模塊兼容，如DAM果蠅行為監測系統，進行睡眠等行為與代謝分析。

技術指標：

1） 氧氣分析測量：氧氣測量范圍0－100％，分辨率0.0001%，精確度優于0.1％，響應時間小于7秒，24小時漂移低于0.01％，20分鐘噪音低于0.002％pk-pk；溫度、壓力補償,4通道模擬輸出，16bit分辨率；數碼過濾（噪音）0-50秒可調，增幅0.2秒，內置A/D轉換器分辨率24 bits；可同時測量溫度（測量范圍0-60℃，分辨率0.001℃）和氣壓（測量范圍30-110kPa，分辨率0.0001kPa）；具兩行文字數字LCD顯示屏，具背光，可同時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量，測量范圍0－100%，精度0.1%，分辨率0.0001%

3） 二氧化碳分析測量（CA-10）：雙波長非色散紅外技術，測量范圍0－5％或0－10％兩級選擇（雙程），內置數據采集系統，實時測量，響應時間小于1秒，分辨率優于0.0001%或1ppm（可達0.1ppm），精確度1%，建議氣流5－2000ml/分鐘，噪音小于2ppm，24小時漂移低于0.002%，通過軟件溫度補償，采樣頻率10Hz；具兩行文字數字LCD顯示屏，具背光，可同時顯示CO2含量和氣壓；4通道模擬輸出，16bit分辨率，具數碼過濾（噪音）；大小33x25x10cm，重量約4.5kg

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

5） RH－300水氣測量儀（備選）：測量范圍0.2％－100％（相對濕度）、分辨率0.001%（相對濕度），露點溫度-40~40℃、分辨率0.002℃（露點溫度），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，具兩行文字數字LCD顯示屏，具背光，可同時顯示水汽含量和溫度

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

7） 氣路轉換器：8通道（包括一個Baseline通道），采樣頻率10Hz

8） UI-3數據采集器，12通道，8個模擬輸入，16bit分辨率；4個溫度輸入，分辨率0.001攝氏度；8個數字輸出用于系統控制，1個16bit計數器，2通道電壓輸出，脈沖寬度調制

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，特殊設計的雙通（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，用于果蠅等微小昆蟲及昆蟲卵等的呼吸測量，直徑9.0mm，體積0.5－1.0ml，氣路接口OD1.5mm，硼硅玻璃密封蓋

11） 紅外活動監測（可選配）：紅外發射與檢測技術，900nm近紅外光，不會被昆蟲察覺而造成干擾，也不會產生明顯的熱效應，用于監測0.0005-1g的各種昆蟲、蜱螨等無脊椎動物的活動狀態，以研究昆蟲等動物的生理生態、昆蟲活動與溫度的關系、昆蟲活動與呼吸代謝的關系、昆蟲健康狀況及生理狀態、殺蟲劑對昆蟲的影響及最小致死量、臨界熱極值CTmax(critical thermal maximum)、不連續氣體交換DGC(discontinuous gas exchange cycle)等。

12） Maven高通量昆蟲能量代謝測量模塊：該模塊可同時測量16通道的昆蟲呼吸室，高度集成性，涵蓋了呼吸室、RM8、Model840、MFC-2及數據采集系統UI-3和ExpeData軟件等。

13） 專業技術配置與培訓，包括封閉式、開放式、抽氣式、推氣式、抽樣流動注射法等不同技術裝配與操作技術培訓。

應用案例：

 2021年底，美國斯克利普斯研究所Tomchik教授團隊在《Nature Communications》發表了關于神經纖維瘤蛋白通過神經元機制調控果蠅代謝“Neurofibromin regulates metabolic rate via neuronal mechanisms in Drosophila”的論文。研究采用果蠅睡眠和活動代謝監測系統（SSI果蠅能量代謝系統）監測果蠅的代謝率和活動來研究Nf1突變如何導致果蠅的多動癥、神經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：果蠅呼吸代謝監測系統示意圖；b和c為Nf1P1突變體和wCS10對照組的CO2產量（排放率）；d和e為Nf1P1突變體和wCS10對照組的耗氧率；f為 Nf1P1突變體和wCS10對照組的呼吸商；g和h為Nf1 RNAi與雜合對照品系的CO2產量；I與J為Nf1 RNAi與雜合對照品系的耗氧率；k. Nf1 RNAi與雜合性對品系呼吸商。

     為了深入了解代謝表型的晝夜參數和機制基礎，通過SSI果蠅能量代謝系統測量氧氣消耗（VO2）和二氧化碳產量(VCO2), 24小時光周期Nf1P1突變體的VCO2和VO2均高于對照組（Fig3b,d）, Nf1P1突變體日間和夜間的總代謝率均高于對照組（Fig3c,e）。同樣，當使用nSyb-Gal4敲掉Nf1泛神經元時，發現VCO2和VO2均高于對照組（Fig3g-j），而且呼吸商（RQ）均顯著下降（Fig3f,k）。RQ降低與內源性脂肪儲備利用率增加一致，表明Nf1的喪失可能會增加脂肪利用率。總體而言，這些數據為Nf1在代謝調節中的作用提供了獨立的支持，表明它在24小時光周期內是一致的，并表明它可能是由脂肪穩態改變引起的。

北京易科泰生態技術有限公司與美國Sable等國際能量代謝測量技術公司合作，為國內生物學、生物醫學、運動醫學、環境醫學、臨床醫學研究提供全面能量代謝研究技術方案和能量代謝實驗室方案：

SSI大鼠、小鼠等實驗動物能量代謝測量技術

畜禽能量代謝測量技術

斑馬魚能量代謝測量技術

人體能量代謝測量技術

Foxbox超便攜能量代謝測量技術

動物活動與生理指標（體溫、心率等）監測技術

測量參數包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產量（VCO2）、呼吸商（RQ）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導速率（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)、定制行為學模塊參數等。

參考文獻

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).