CN110286025B - 一种昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种昆虫微小触角和脑姿态多维度固定装置及其制作方法，属于实验样品处理技术领域。该装置包括载玻片、环状结构，环状结构固定设置在载玻片中部形成微井，微井内填设有石英砂和水杨酸甲脂液体。本发明的装置突破了现有的组织平面切片‑压片式固定法，建立了不切片形态不规则组织‑石英颗粒固定法，实现了对同一样本不同部位多维度姿态的任意调整与固定，为获得不规则组织内外部结构的多维度全面图像信息奠定了关键技术基础。本装置设计新颖、制造简单、成本低廉、操作简便、可重复利用，极大地提高了实验效率。

Description

一种昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置及其制作方法，属于实验样品处理技术领域。

背景技术

触角是昆虫重要的外周感觉器官，通常昆虫总是在上下左右不停地摆动触角，好像两根天线或雷达时刻在接受电波和追踪目标。不同类型的昆虫具有不同形状的触角，形态学上将昆虫的触角划分为刚毛状、具芒状、丝状、念珠状、锯齿状、环毛状、棍棒状、锤状、鳃片状等类型。触角分为三节：柄节、梗节和鞭节，各节形状和结构不同。

触角是一个多模态感觉器官(multimodality)。在触角外骨骼角质层表面上分布着嗅觉、风觉、声觉、温度觉、湿度觉等不同模态的感受器。昆虫主要是通过触角感受气味、风、声音、温湿度等外界环境变化的。因此，触角对昆虫通讯、寻找食物和配偶，躲避天敌，选择产卵地等活动有着重要作用。如二化螟的触角，可凭借水稻的气味刺激寻找到它的食物水稻，菜粉蝶的触角可根据接受到的芥子油气味很快发现它的食物十字花科植物。嗅觉最灵敏的是印第安月亮蛾，能从11千米以外的地方察觉到配偶的性外激素。有些姬蜂的触角可凭借害虫体上散发出的微弱红外线，准确无误地搜寻到躲在作物或树木茎杆中的寄主。对于某些昆虫，触角还有其他作用。例如水生的仰蝽在仰泳时，将触角展开有平衡身体的作用；水龟虫用触角帮助呼吸；萤蚊的幼虫用触角捕捉猎物；芫菁的雄虫在交配时用触角来抱握雌虫的身体；云斑鳃金龟的雄虫用触角发声，像蟋蟀一样，用于招引雌虫。因此昆虫开展触角超微结构研究，对于从更深层次上理解昆虫的感觉机制和生态行为具有重要意义，为进一步研制昆虫引诱剂或行为干扰剂奠定基础。

为了全面研究触角感觉器官，需要对触角结构进行多维度的观察。许多昆虫的触角尺寸较小，如番石榴实蝇触角全长约860-1000μm，最宽约170μm，最厚处约150μm，且又分为柄节、梗节和鞭节，且各节形态、结构和尺寸不同，整体呈现不规则的几何形状，固定时需要的支点在不同曲面上，通过自然放置，不能实现多维度的姿态固定。一般情况下，国际上制作观察样本通常将细胞或组织切片(非完整器官)放在载玻片上，将盖玻片压在其上，封片后长期用作观察。并且，组织切片必须平整以利于盖玻片压固。一旦做此处理，切片的姿态是不能再次调整的，获取的图像是在一个维度上的。由于通过触角器官切片获取的拼接图像，工作量大，失真度高，因此，在不切片的条件下直接获取触角器官内部结构图像信息是国际科学界一直在努力追求的目标。然而，触角是一个形态极不规则的器官，以传统的载玻片上压片方法不能实现内侧、外侧、斜外侧、斜内侧、背侧、腹侧等特定角度的姿态固定、光学观察。

昆虫大脑包裹在头壳(角质层外骨骼)里边。大脑是昆虫重要的中枢神经系统，在昆虫准确识别食物源植物的气味、颜色、形状，记住飞行路径等生存过程中发挥着重要的作用。昆虫大脑在解剖学上具有明显的分区，昆虫的大脑一般主要分为蘑菇体(高级综合中枢)、视神经叶(视觉中枢)、触角叶(嗅觉中枢)、中心复合体等诸多脑区，而且这些不同的分区执行不同的功能。为了全面理解形状不规则的昆虫大脑，需要对大脑表面、脑分区及其神经联结等进行多维度的观察。昆虫大脑体积不足1立方毫米，厚度非常薄，重量不足1mg，是不规则几何体。目前国际上通行的对大脑的固定方法主要是载玻片固定以利于光学显微镜观察。因为昆虫大脑厚度非常薄，故制作观察样本是无需进行组织切片的，可直接将盖玻片压在经过前期处理的大脑上，封片后长期用作观察。然而，一旦做此处理，大脑的姿态是不能再次调整的，获取的图像是在一个维度上的。多维度获取大脑内部结构图像信息也是国际科学界一直在努力追求的目标。以传统的载玻片上压片方法不能实现大脑背侧、腹侧、前侧、后侧等特定角度的姿态固定、光学观察和图像获取。

发明内容

本发明的目的在于提供一种昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置及其制作方法，本发明通过尺寸更小的混合石英砂来实现对昆虫微小触角和脑结构快速、可重复使用的姿态多维度固定。

一种昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置，包括载玻片1、环状结构2，环状结构2固定设置在载玻片1中部形成微井，微井内填设有石英砂3和水杨酸甲脂液体。

所述微井的结构为圆环柱或中空的多边形柱。

优选的，微井的结构为圆环柱、中空的三棱柱或中空的四棱柱。

所述微井的内径为0.5～1cm，微井的高度为3～5mm。微井用于盛载石英砂和低粘稠度高折射率的水杨酸甲酯液体，若高度过高，导致盛载石英砂和水杨酸甲酯的厚度增加，降低了透光性，不利于触角内部结构的光学观察，同时较高的微井高度增加了高倍显微镜下操作观察的难度。

所述石英砂3填充高度为微井高度的2/3。

所述石英砂3的粒径为昆虫触角最小尺寸的1/5-1/2；

优选的，石英砂3为两种粒径混合的石英砂，粒径为昆虫触角最小尺寸的1/5到昆虫触角最小尺寸的1/2；比如实蝇科的番石榴实蝇触角呈具芒状，全长约860-1000μm，最宽约170μm，最窄处约100μm，石英砂的粒径在20μm-50μm之间，优选的，采用500目(粒径25μm)和400目(粒径38μm)混合的石英砂。

更优选的，两种不同粒径的石英砂的质量比为1:(1～3)。

采用不同尺寸和比例的石英砂可以有更多的组合，制造出更多的不同高度的支点曲面，即利用两种更小尺寸的石英砂来制造不同高度的支点曲面，可实现对触角和脑姿态的任意角度固定；石英砂的尺寸太小或太大均不能制造出支撑触角和脑的支点曲面，现有技术中被用作软组织透明剂的水杨酸甲脂，同时具有合适的粘稠度、高折射率和防腐特性，在本固定装置中发挥着非常重要的辅助固定、光路通畅、样品保藏三大功能，极大地便利了姿态固定、多维度光学观察。

优选的，所述环状结构2采用离心管截取；

昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置的制作方法，具体步骤如下：

(1)将离心管切成高度为3～5mm的环状结构，采用胶水将环状结构的底面粘接到洁净的载玻片中部，制成微井；

(2)将两种不同粒径的石英砂混合均匀，然后将石英砂填设到微井中使石英砂填充高度为微井高度的2/3；

(3)将水杨酸甲酯加入到微井中使其没过石英砂上表面。

昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置的使用过程：

使用时，将处理好的昆虫触角和脑转移至微井石英砂上，用尖头镊子移动触角和石英砂，将触角和脑从背侧、腹侧、外侧、内侧等不同方向和角度固定，并可在光学显微镜下对同一样本进行多角度观察和拍照。

工作原理：

为了实现在不切片的条件下对形态不规则组织进行表面和内部结构的多维度光学观察，利用比昆虫触角和脑更小尺寸石英砂的立体不规则性、透光性、不同尺寸大小的石英砂比例可组合制造不同高度的支点曲面的特点，一定粘稠度和高折射率水杨酸甲酯起到了触角姿态辅助固定、光路通畅的重要作用，实现对触角和脑姿态的任意角度的调整与固定，获得不规则组织的多维度结构信息。

本发明的有益效果：

(1)本发明昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置，突破了现有的组织平面切片-压片式固定法，建立了不切片形态不规则组织-石英颗粒固定法，首次实现了对同一样本、不同部位不同维度姿态的任意调整与固定，可获得不规则组织的多维度结构信息；

(2)本发明专利装置根据固定样本大小使用不同尺寸的石英砂，实现对多种尺寸的微小样本的固定；可以对整个触角或是分离后的鞭节、梗节和柄节单独进行背侧、腹侧、外侧、内侧和顶端等不同角度的光学观察；可以对昆虫大脑或是分离的脑区进行前侧、后侧、背侧、腹侧和左右侧等不同角度的光学观察，快速获取同一样本的多维度结构信息；

(3)本发明设计新颖、制造简单、成本低廉、操作简便、可重复利用，极大地提高了实验效率。

附图说明

图1为昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置的立体图；

图2为昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置的剖视图；

图中1-载玻片、2-环状物、3-石英砂；

图3为实施例2番石榴实蝇触角鞭节各个角度的神经纤维束的结构图，图3A和3B是从触角外侧观察，图3C从触角内侧观察，图3D从触角背侧观察，箭头表示触角内神经纤维束；

图4为实施例2番石榴实蝇触角鞭节钩状结构不同角度观察图，其中图4A为番石榴实蝇触角鞭节钩状结构背侧观察图，图4B为鞭节钩状结构内侧观察图，图4C为鞭节钩状结构斜内侧观察图，图4D为鞭节钩状结构腹侧观察图；

图5为番石榴实蝇大脑与触角叶的不同角度观测视图，其中图5A为大脑与触角叶的前侧观察图，图5B为大脑与触角叶的背侧观察图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

实施例1

如图1和图2所示，一种昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置，包括载玻片1、环状结构2，环状结构2固定设置在载玻片1中部形成微井，微井内填设有石英砂3和水杨酸甲脂液体；

微井的结构为圆环柱或中空的多边形柱。

微井的结构为圆环柱、中空的三棱柱或中空的四棱柱。

微井的内径为0.5～1cm，微井的高度为3～5mm。微井用于盛载石英砂和低粘稠度高折射率的水杨酸甲酯液体，若高度过高，导致盛载石英砂和水杨酸甲酯的厚度增加，降低了透光性，不利于触角内部结构的光学观察，同时较高的微井高度增加了高倍显微镜下操作观察的难度。

石英砂3填充高度为微井高度的2/3。

石英砂3的粒径为昆虫触角最小尺寸的1/5-1/2；

石英砂3为两种不同粒径混合的石英砂，粒径为昆虫触角最小尺寸的1/5到昆虫触角最小尺寸的1/2；比如实蝇科的番石榴实蝇触角呈具芒状，全长约860-1000μm，最宽约170μm，最窄处约100μm，石英砂的粒径可在20μm-50μm之间，优选的，采用500目(粒径25μm)和400目(粒径38μm)混合的石英砂；

昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置的制作方法，具体步骤如下：

(1)将离心管切成高度为3～5mm的环状结构，采用胶水将环状结构的底面粘接到洁净的载玻片中部，制成微井；

(2)将两种不同粒径的石英砂混合均匀，然后将石英砂填设到微井中使石英砂填充高度为微井高度的2/3；

(3)将水杨酸甲酯加入到微井中使其没过石英砂上表面。

实施例2

采用实施例1的昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置对番石榴实蝇微小触角和脑姿态多维度固定的方法

番石榴实蝇的触角呈具芒状，分为柄节、梗节和鞭节，全长约860-1000μm，最宽约170μm，最窄约100μm，是一个尺寸极小，呈几何形状，且集合了嗅觉、听觉、温湿度觉和重力感觉等多种功能的感觉器官；采用500目(粒径25μm)和400目(粒径38μm)混合的石英砂，500目石英砂和400目石英砂的质量比为1:2；具体步骤如下：

(1)将内径为1cm的离心管切成高度为3mm的圆环状结构，采用胶水将圆环状结构的底面粘接到洁净的载玻片中部，制成微井；

(2)将500目石英砂和400目石英砂按照质量比为1:2的比例混合均匀，然后将混合石英砂填设到微井中使石英砂填充高度为微井高度的2/3；

(3)将水杨酸甲酯加入到微井中使其没过石英砂上表面；将处理好的昆虫触角和脑转移至微井石英砂上，用尖头镊子移动触角和石英砂，将触角和脑从背侧、腹侧、外侧、内侧等不同方向和角度固定，并可在光学显微镜下对同一样本进行多角度观察和拍照，获得不同方向和角度的图像信息；

昆虫触角和脑的处理可以采用现有技术中的常规方法进行处理；

本实施例番石榴实蝇触角鞭节各个角度的神经纤维束的结构图见图3，其中图3A和3B是从触角外侧观察，图3C从触角内侧观察，图3D从触角背侧观察，箭头表示触角内神经纤维束，结果表明来源于鞭节前端的两束明显的神经纤维束分布在触角内部，一束靠近背侧，一束靠近腹侧；在鞭节基部内外两侧各分布着一束神经纤维束；

番石榴实蝇触角鞭节钩状结构不同角度观测视图见图4，其中图4A为番石榴实蝇触角鞭节钩状结构背侧观察图，图4B为鞭节钩状结构内侧观察图，图4C为鞭节钩状结构斜内侧观察图，图4D为鞭节钩状结构腹侧观察图；结果表明鞭节外侧角质层上分布着感受器，在内侧则存在一个立体的孔道，且呈椭圆环状；

番石榴实蝇大脑与触角叶的不同角度观测视图见图5，其中图5A为大脑与触角叶的前侧观察图，图5B为大脑与触角叶的背侧观察图，观察表明触角叶位于前脑区，分左右两侧，且在左右触角叶之间存在着神经连接。

本发明装置根据固定样本大小使用不同尺寸的石英砂，实现对多种尺寸的微小样本的固定；可以对整个触角或是分离后的鞭节、梗节和柄节单独进行背侧、腹侧、外侧、内侧和顶端等不同角度的光学观察；可以对昆虫大脑或是分离的脑区进行前侧、后侧、背侧、腹侧和左右侧等不同角度的光学观察，快速获取同一样本的多维度结构信息。

Claims (5)

1.一种昆虫微小触角和脑姿态多维度固定装置，其特征在于：包括载玻片(1)、环状结构(2)，环状结构(2)固定设置在载玻片(1)中部形成微井，微井内填设有石英砂(3)和水杨酸甲脂液体，石英砂(3)的粒径为昆虫触角最小尺寸的1/5-1/2，石英砂(3)为两种不同粒径石英砂的混合物，其质量比为1:1～3。

2.根据权利要求1所述昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置，其特征在于：微井的结构为圆环柱或中空的多边形柱。

3.根据权利要求1所述昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置，其特征在于：微井的内径为0.5～1cm，微井的高度为3～5mm。

4.根据权利要求1所述昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置，其特征在于：所述的石英砂(3)填充高度为微井高度的2/3。

5.昆虫微小触角与脑姿态多维度固定装置的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)将离心管切成高度为3～5mm的环状结构，采用胶水将环状结构的底面粘接到洁净的载玻片中部，制成微井；

(2)将两种不同粒径的石英砂混合均匀，然后将石英砂填设到微井中使石英砂填充高度为微井高度的2/3；石英砂(3)的粒径为昆虫触角最小尺寸的1/5-1/2，石英砂(3)为两种不同粒径石英砂的混合物，其质量比为1:1～3;

(3)将水杨酸甲酯加入到微井中使其没过石英砂上表面。