형광, 섭취 곤충에 액체 이해 능력을 결정 하기 위한 자성 나노 입자

요약

액체 먹이 곤충 다공성 표면에서 액체의 분 양 취득 하는 기능이 있다. 이 프로토콜에는 직접 먹이 솔루션을 사용 하 여 형광, 자성 나노 입자와 다공성 표면에서 액체를 섭취 하는 곤충에 대 한 능력을 결정 하는 방법을 설명 합니다.

초록

액체 먹이 곤충 섭취 다양 한 환경에 풀, 필름로 또는 작은 구멍에 액체. 액체 수집의 연구 필요 평가 놓이고 구조와 함수 관계; 그러나, 액체 흡수 메커니즘 구조 건축, 실험적인 증거와 때때로 동반된의 관측에서 역사적으로 유추 됩니다. 여기, 우리 보고 나비 (나비목)와 비행 거리 (Diptera) 액체의 소량을 사용 하 여 액체 이해 능력을 평가 하기 위한 새로운 방법. 곤충은 20% 자당 해결책 특정 기 공 크기의 필터 논문에서 형광, 자성 나노 입자와 혼합으로 먹인 다. 자르기 (유체를 저장 하는 데 사용 되는 내부 구조)는 곤충에서 제거 하 고는 confocal 현미경에 배치. 자석이 곤충 체액을 섭취 수 있습니다 나타내는 나노 입자의 존재를 확인 하는 작물에 의해 손을 흔들었다. 이 방법론은 광범위 한 먹이 하는 메커니즘 (모 세관 작용 및 액체 다리 형성)은 잠재적으로 공유할 나비목과 Diptera 때 다공성 표면에서 먹이 공개 하는 데 사용 됩니다. 또한,이 방법은 먹이 액체 먹이 곤충, 질병 전송 및 biomimetics, 나노 또는 마이크로 크기의 회로 포함 하는 잠재적으로 다른 연구에서 그 중요 한을 포함 하 여 다양 한 가운데 메커니즘의 연구에 대 한 사용할 수 있습니다 어디 액체 수송 필요 확인을 합니다.

서문

많은 곤충 그룹 있다 mouthparts (proboscises) 액체에 먹이 대 한 적응, 꿀, 과일, 썩 어 등 수액 흐름 (예: Diptera¹, 나비목², Hymenoptera³), xylem (Hemiptera⁴), 눈물 (나비목 ⁵)과 혈액 (Phthiraptera⁶, Siphonaptera⁷, Diptera⁷, Hemiptera⁸, 나비목⁹). 곤충의 체액에 피드 기능은 생태계 건강 (예: 수 분¹⁰), 질병 전송^4,11, biodiversification^2,12및 연구와 관련 수렴 진화¹³의. 다양 한 음식 소스에 불구 하 고 일부 액체 먹이 곤충 가운데 테마 마이크로 또는 나노 크기의 방울, 액체 필름 또는 다공성 표면에 국한 될 수 있는 액체의 작은 금액을 확보 하는 기능입니다.

액체 먹이 곤충 (20% 이상 모든 동물 종^14,15)과 다양 한 음식 소스에 피드를 자신의 능력의 광범위 한 다양성을 감안할 때 그들의 먹이 이해 행동 및 액체 흡수 메커니즘은 많은 분야에서 중요 한. 곤충 진드기 기능, 예를 들어, 생체 모방 기술, 예를 들면, 소량 고용 된 것과 유사한 방법을 사용 하 여 체액의 수집 등의 작업을 수행할 수 있는 미세 소자의 개발에 역할을 담당해 왔습니다. 곤충¹⁶ 그러나 유체 통풍 관 기계 장치,,의 연구에 근본적인 문제 뿐만 아니라 어떻게 곤충 체액에 피드 결정 이지만 메커니즘을 지 원하는 실험적인 증거를 획득. 전적으로 동작을 사용 하 여 (예: 코^12,17프로 빙)로 먹이 대 한 지표로 충분 한 체액의 성공적인 이해를 확인 하지 않습니다 없으며 경로 결정 하는 방법 때문에 그 체액 여행 곤충을 통과. 또한, 소량 액체 더 나은 실험 수행 자연 먹이 시나리오를 어디 체액 제한 리소스^2,12나타냅니다.

위상 대비 영상 어떻게 나비 다공성 표면¹²에서 체액의 작은 금액에 대 한 피드를 평가 하기 위해 바둑의 나비 (별 plexippus L.)와 함께 사용 되었다 엑스레이 모나 크 나비 코 따라 cuticular 계획 (legulae 등) 사이의 공간을 통해 모 세관 작업을 사용 하 여 음식 운하에 작은 구멍에 국한 하는 체액을가지고. 들어오는 액체 음식 운하 벽에 성장 하 고 고원 불안정^12,18, 다음 머리에 빠는 펌프의 행동에 의해 나비의 용기에 운송 하 여 액체 다리에 붕괴에 영화를 형성 합니다. 기술은 쉽게 사용할 수 있는 x 선 위상 대비 영상 곤충^12,19,,2021내부 유체 흐름을 시각화 하는 최적의 도구 이지만, 더 편리 하 고 메서드는 글귀 체액을 곤충의 능력의 빠른 평가 위해 필요 하 고 그들을 섭취.

D. plexippus 에 대 한 먹이 메커니즘 다른 나비목 및 파리 (Diptera) (다공성 표면에서 액체에 피드 두 그룹), 경우 확인 하려면 Lehnert 외. ¹³ 여기에서 보고 되는 다공성 표면에서 작은 양의 액체에 먹이 곤충의 능력을 평가 하기 위한 기술 적용. 접촉을 사용 하는 연구 및 다공성 표면에 대 한 여기에 설명 된 프로토콜 이지만, 주소 풀 먹이 메커니즘 같은 다른 연구 방법론을 변경할 수 있습니다. 또한, 응용 프로그램 마이크로 및 bioinspired 기술을 포함 하 여 다른 필드를 확장 합니다.

프로토콜

1. 곤충 종, 솔루션 및 먹이 역 설치의 준비

참고: 양배추 나비 (배 rapae L., 흰나비과) 선택 됩니다 대표 나비목의 종족으로 그들은 액체 이해 능력과 놓이고 형태학^22,23의 이전 연구에서 사용 된 때문에. 집 파리 (파리 자리 부채 L., Muscidae)과 파란색 병 파리 (Calliphora vomitoria L., Calliphoridae) 때문에 그들은 종종 다공성 표면¹³에 먹이 관찰 하는 데 사용 됩니다.

1. 23 ° C와 18 L: 6D photoperiod 순서 P. rapae pupate 환경 챔버를 성인으로 등장 하기 전 까지는 인공에 그들 ( 재료의 표참조) 다이어트는 곤충 공급 업체 및 후방에서 애벌레로 설정 합니다. M주문입니다. 부채 및 pupae로 C. vomitoria 및 P. rapae으로 같은 환경 조건에서 후면. 그들은 먹이 실험 전에 번데기에서 등장 하는 후 성인 나비와 파리를 먹이 하지 마십시오.
2. 20% 자당 해결책 (제어) 및 유체 통풍 관에 대 한 테스트 20% 자당 나노 솔루션을 준비 합니다. 형광 자기 나노 입자를 추가 하 여 나노 솔루션을 준비 (철 산화물 polyacrylic 산 코팅, 약 20 nm 직경에서) 20% 자당 솔루션 (1 mg/mL의 dH₂O 나노 20% 자당과²⁴ 솔루션, 1:1)입니다. 버퍼링 하는 인산 염 (PBS)의 1 배 솔루션 준비 (10 x 1 x dH₂O, pH 7.4에에서 희석), 해 사용 되는.
3. 클램프와 별도 먹이 단계 (플랫 플랫폼) 수동 조작으로 구성 된 먹이 스테이션을 설정 (그림 1). 먹이 무대에 오목 슬라이드를 놓고 숨 구멍 크기 직경 1, 5, 8, 11, 20, 30, 41, 또는 60 µ m 및 멤브레인 필터의 기 공 크기 직경 나일론 그물 필터 또는 먹이 실험에 대 한 인근 10 µ m.

2. 먹이 프로토콜

1. 곤충의 몸, 다리, 및 날개 접힌된 휴지로 바꿈. 머리와 mouthparts 노출 되도록 곤충을 놓습니다. 곤충 먹이 단계 (그림 1) 위에 중단 되도록 조작자에 클램프에 의해 함께 개최 됩니다 두 현미경 슬라이드 사이 곤충의 날개를 놓습니다.
2. 오목 슬라이드의 중심에 20% 자당 해결책 또는 20% 자당 나노 솔루션은 micropipette 30 µ L 물방울을 관리 합니다. 되도록 필터 종이의 중심 나노 솔루션의 물방울과 오목 슬라이드에 특정 기 공 크기의 단일 필터 종이 놓습니다. 드롭릿에 필터 종이 사이의 접촉 확산 따라 필터, 숨 구멍 (그림 1)를 작성 하는 솔루션에 발생 합니다.
   참고: 필터 종이 곤충 피드 필터 종이 위에 나노 입자의 잠재적인 존재를 최소화 하기 위해, 다른 방법 보다는 오히려 작은 물방울, 위에 배치 됩니다.
3. mouthparts의 원심 영역 으로만 먹이 단계 (그림 1)에 젖은 필터 종이 연락할 수 있도록 조작자와 곤충을 놓습니다. 곤충 핀을 사용 하 여 확장 필터 종이에 mouthparts 45에 대 한 피드에 곤충을 허용을 s.
4. 필터 종이의 표면에 있을 수 있는 액체 영화에 먹이 곤충의 기회를 최소화 하기 위해 위치는 mouthparts를 (즉슬라이드의 평평한 부분에 닿아 필터 종이의 부분 접촉. 슬라이드의 오목한 부분 위에 직접). 곤충 먹이에 대 한 관심을 표현 하지 않습니다, 경우는 mouthparts 먹이 시간 동안 곤충 핀 필터 종이에 개최 수 있습니다.

3입니다. 해

1. 곤충의 몸을 커버 하는 충분 한 솔루션 되도록 PBS 솔루션을 50 m m 시계 유리에 놓습니다. 장소는 stereoscope 옆 장비 (봄 마이크로 위, 곤충 핀, 괜 찮 포인트 집게를 해 부 해 부)을 해 부 위치와 stereoscope 곤충 아래 시계 유리.
2. 수 유, 후 티슈 페이퍼에서 곤충을 제거 하 고 날개 폐쇄와 그것을 잡고. 봄 마이크로 해가 위로 머리, 다리, 및 곤충의 날개를 제거 하 고 시계 유리 (그림 2)에서 PBS 솔루션에 곤충을 놓습니다.
3. 필요한 경우, anesthetize 해 전에 곤충. 집게를 사용 하 여 복 부의 원심 영역 근처 표 피에 의해 곤충을 잡아. 지배적인 손을 가진 봄 마이크로 해 부가 위를 사용 하 여 복 부, 흉부에이 때까지 후부 끝에서 시작의 측면을 따라 앞쪽으로 표 피를 잘라. 표 피만 잘라 고 (그림 2) 손상 곤충 내부 영양 운하는 특별 한 주의 분리 했습니다.
4. 복 부 (그림 2) 내부 영양 운하를 공개 하 여 해가 위 표 피의 추가 컷을 확인 합니다. 곤충 핀의 도움으로 복 부 표 피, 뚱뚱한 몸, 및 다른 구조를 제거 하 고 후속 처리, 시계 유리에는 흉부 및 영양 운하를 떠나 시계 유리 밖에 서 그들을 재배치.
   주: 해 부는 흉부와 복 부의 시점 근처 골목 같은 구조 (영양 운하 확장) 자르기, 발표할 예정 이다.
5. 자르기는 노출 되지 않습니다 경우 작물은 계시 될 때까지 위와 흉부에 추가 incisions 확인 합니다. 일단 자르기 표시, 시계 유리 (그림 2)에서 작물 영양 운하만 떠나는 곤충의 나머지 부분을 버려야 됩니다.
   참고: lepidopteran 작물은 거의 투명 하 고 셀로판 같은 경우 하지 체액으로 가득 이며 확장을 인식 하기 어려울 수 있습니다 자연, 또는 경우 그것은 해 부 동안에.
6. Coverslip (24 x 24 mm)에 자르기를 좋은 포인트 집게 해 부를 사용 하 여 후속 이미징 (그림 2).

4입니다. 섭취 한 나노 입자의 결정

1. 위치 좋은 포인트 해 집게를 사용 하 여에서 coverslip에 자르기 자르기 파열을 방지 하기 위해 신경. 20 배 확대에 이미징 거꾸로 confocal 현미경에 CY3 채널 (또는 단계 대조)를 사용 합니다. 밖으로 건조에서 그것을 방지 하기 위해 절 개 후 즉시 자르기 이미지.
2. 현미경의 운영 단계의 제어에 손에 바 (41.3 m m 길이 직경에서 8 m m) 자석 저 어를 개최.

파 자르기 (자르기에서 약 10 m m 거리) 근처 앞 뒤로 자석 볶음 바 각각 앞뒤로 모션 발생 약 1 초 (그림 2).

마그네틱 볶음 바 흔들었다는 나노 입자에 대 한 자르기 있는지 검사 합니다. 천천히 앞뒤로 거의 투명 한 작물 안에 나노 입자 운동에 대 한 현미경의 눈 렌즈를 통해 찾고 있는 동안 운영 단계를 이동 합니다. 나노 입자는 작물에, 긍정적인 수 유를 나타내는 그들은 응답 합니다 (그림 2) 바 저 어는 자기와 함께 한 마음으로 파.

결과

액체 먹이 곤충 가운데 액체 이해 능력에 패턴의 연구 먹이 발생 하는 시기의 결정을 필요 합니다. 여기에 설명 된 프로토콜은 나비목 및 Diptera¹³중 제한 기 공 크기 가설을 테스트 하는 데 사용 됩니다. 제한 기 공 크기 가설 기 공 크기 직경¹²먹이 도관 직경 보다 작으면 액체 채워진 구멍에서 액체 먹이 곤충 먹이 수 없는 상태. 모 공에?...

토론

곤충 진드기 기능 역사적으로 심한 형태학의 학문에서 유추 (예., 마시는 밀 짚^25,26lepidopteran 코 기능 관련); 그러나, 실험적 증거를 통합 하는 최근 연구 곤충 mouthparts 및 구조-기능 관계^2,,1213 의 복잡성에 대 한 우리의 이해에 패러다임의 변화 결과 ^{, 22}

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
20% sucrose solution	Domino Sugar		Sugar needed to produce the sucrose solution with dH2O
Phosphate Buffered Saline (PBS)	Sigma-Aldrich	P5493	10X concentration diluted to 1X in dH2O for insect dissections
Single depression concave slide	AmScope	BS-C6	Slide is necessary for feeding stage setup
Filter paper	EMD Millipore	NY6004700 (60 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	NY4104700 (41 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	NY3004700 (30 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	NY2004700 (20 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	NY1104700 (11 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	TCTP04700 (10 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	TETP04700 (8 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	TMTP04700 (5 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Filter paper	EMD Millipore	RTTP04700 (1 µm)	Nylon net filters and isopore filters needed to produce a porous surface for insect feeding
Iris microdissecting scissors	Carolina Biological Supply Company	623555	Scissors used for dissections
Insect pins (#1)	Bioquip Products	1208B1	Pins used during dissections and feeding trials
Extra-fine point dissecting forceps	Carolina Biological Supply Company	624684	Dissecting equipment
Leica M205 C Stereoscope	Leica Microsystems	M205 C	Stereoscope used for dissections
Inverted confocal microscope	Olympus	IX81	Fluorescent microscope used to detect magnetic nanoparticles
Fisherbrand PTFE Disposable Stir Bar	Fisherscientific	S68067	Magnet used to detect nanoparticles
Kimtech Science Kimwipes	Kimberly-Clark Professional	34155	Tissues used to secure insects during feeding trials
House fly (Musca domestica) pupae	Mantisplace.com		insects for experiments
Blue bottle fly (Calliphora vomitoria) pupae	Mantisplace.com		insects for experiments
Cabbage butterfly (Pieris rapae) larvae	Carolina Biological Supply Company	144102	insects for experiments
Finnpipette F1	ThermoFisher Scientific	4641080N	micropipette for dispensing liquids
Finntip 250 pipette tips	ThermoFisher Scientific	9400250	micropipette tips
Microscope Glass cover slides (=coverslips) (24 x 24 mm)	AmScope	CS-S24-100	coverslips for viewing the insect's crop on confocal microscope