一种力度可控的造成昆虫创伤性脑损伤的装置和方法

摘要

一种力度可控的造成昆虫创伤性脑损伤的装置和方法，所述装置包括：底座、立杆、固定件、导管、重物、撞击板和昆虫固定板；其中所述立杆垂直设置在所述底座上；所述固定件水平设置在所述立杆上，用于固定所述导管；所述撞击板位于所述导管下方；所述重物在使用时放置在所述导管中并在下落时撞击所述撞击板；所述昆虫固定板位于所述撞击板的下方，所述昆虫固定板具有一个或多个昆虫固定孔和多个弹簧安装孔，所述弹簧安装孔中设置有支撑弹簧，所述支撑弹簧的顶端高于所述昆虫固定板，所述撞击板设置在所述支撑弹簧上。本发明的装置结构简单，价格低廉，容易生产制备，实现了对昆虫头部撞击力度以及撞击部位的精确控制。

权利要求

1.一种力度可控的造成昆虫创伤性脑损伤的装置，其特征在于，包括：底座、立杆、固定件、导管、重物、撞击板和昆虫固定板；

其中所述立杆垂直设置在所述底座上；

所述固定件水平设置在所述立杆上，用于固定所述导管；

所述撞击板位于所述导管下方并与所述导管分离；

所述重物在使用时放置在所述导管中并在下落时撞击所述撞击板；

所述昆虫固定板位于所述撞击板的下方，所述昆虫固定板具有一个或多个昆虫固定孔和多个弹簧安装孔，所述弹簧安装孔中设置有支撑弹簧，所述支撑弹簧的顶端高于所述昆虫固定板，所述撞击板设置在所述支撑弹簧上；

所述昆虫固定孔为通孔并且包括上开口和下开口，并且上开口的孔径小于下开口的孔径。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导管由透明材料制成，所述透明材料为玻璃或透明塑料。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导管的内侧或外侧标注有刻度。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导管与所述立杆平行或与所述立杆形成一倾斜角。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述固定件为夹子，所述固定件的数量为一个或多个。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述重物为钢球，所述钢球的直径比所述导管的内径小0-2毫米。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述重物上设置有拉绳。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述昆虫固定板的厚度大于或等于昆虫的体长，所述昆虫固定板的形状为圆片形、正方形或长方形。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述昆虫固定孔为锥形孔，所述上开口的周长为昆虫头部周长的1-1.5倍，下开口的周长为昆虫腹围最大处的1.5-2倍。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述昆虫固定孔的轴线与所述昆虫固定板垂直或者与所述昆虫固定板成一锐角。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述昆虫固定孔包括贯穿所述昆虫固定板的圆孔、设置在所述圆孔内的锥形管以及位于所述圆孔和所述锥形管之间的填充物。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述填充物为硅胶或玻璃胶。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述弹簧安装孔位于所述昆虫固定板的四周均匀分布，所述弹簧安装孔的数量为3-8个。

14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述弹簧安装孔为通孔或凹槽。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述弹簧安装孔包括锥形孔及其下方的圆柱孔，所述锥形孔的上开口的孔径大于所述锥形孔的下开口的孔径，所述锥形孔的下开口与所述圆柱孔相连。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述锥形孔的上开口的孔径为所述锥形孔的下开口的孔径的1.5-2.5倍，所述锥形孔的下开口的孔径与所述圆柱孔的孔径相同，所述锥形孔的高度为所述圆柱孔的高度的0.5-2倍。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述锥形孔的上开口的孔径为所述锥形孔的下开口的孔径的2倍，所述锥形孔的高度与所述圆柱孔的高度相同。

18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括垫片，所述垫片位于所述昆虫固定板的下方，所述弹簧安装孔为通孔时，所述垫片用于支撑所述支撑弹簧。

19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述撞击板的形状和尺寸与所述昆虫固定板的形状和尺寸相同或不同，所述撞击板的材料选自塑料、金属、木材或玻璃，所述撞击板的形状为圆片形、正方形或长方形。

20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还包括位于所述昆虫固定板下方的昆虫收集容器。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述昆虫收集容器为平皿。

22.一种利用权利要求1-21中任一项所述装置进行头部损伤实验的方法，其特征在于，包括：将昆虫固定在所述昆虫固定孔中，并使其头部完全暴露于所述昆虫固定板的表面；

将所述重物加入到所述导管中并从预定位置下落到所述撞击板上，使所述撞击板撞击所述昆虫的头部。

说明书

一种力度可控的造成昆虫创伤性脑损伤的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生物学实验装置领域，具体为一种力度可控的造成昆虫创伤性脑损伤的装置和方法。

背景技术

[0002] 创伤性脑损伤(traumatic brain injury，TBI)是一个全球性的威胁人类大脑健康的重要疾病。据统计，全球TBI平均发生率为2‰(200/10万)，平均死亡率为0.2‰(20/10万)，各个国家TBI的发生情况有所不同，发生率范围为(91-430)/10万(Reilly and Bullock，Current evaluation of TBI epidemiology in an ageing society with improved preventative measures.Traumatic brain and spinal cord injury：challenges and developments，Cambridge University Press，Cambridge，2005)。重度的脑损伤会造成患者死亡，而轻度的脑损伤会造成患者认知、精神以及行为功能方面的障碍(Zaloshnja et al.，Prevalence of long-term disability from traumatic brain injury in the civilian population of the United States.The Journal of head trauma rehabilitation 23：394-400，2008)。目前关于创伤性脑损伤的在体研究模型中，造成啮齿类实验动物大鼠和小鼠创伤性脑损伤的实验装置包括液压冲击模型(Fluid percussion model)，控制性皮层撞击模型(Controlled cortical impact injury model)，落重法模型(Weight drop model)和爆炸模型(Blast Injury model)等(Estrada-Rojo et al.，Models used in the study of traumatic brain injury.Reviews in the Neurosciences 29：139-149，2018)。

[0003] 另一方面，昆虫类实验动物果蝇做为生物学研究的经典模型，在研究TBI的分子和细胞生物学机制方面具有独特的优势。目前该领域内所使用的实验装置主要有两种：其一是弹簧撞击装置(Katzenberger et al.，A Drosophila model of closed head traumatic brain injury.Proc Natl Acad Sci U S A 110：E4152-4159，2013)，其二是离心机装置(Barekat et al.，Using Drosophila as an integrated model to study mild repetitive traumatic brain injury.Scientific Reports 6，2016)。

[0004] 上述两种造成果蝇脑损伤的装置主要存在以下问题：第一，对实验动物的撞击力度不可控，具有随机性；第二，对实验动物的撞击部位不可控，具有随机性；第三，除了头部撞击之外，还会造成其他部位的撞击和损伤，从而对后期的实验分析造成较大影响。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种制作简单，成本低廉，力度可控，作用部位精准，能够同时造成多只昆虫撞击部位一致和损伤程度一致的创伤性脑损伤的实验装置。

[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0007] 一方面，本发明提供一种力度可控的造成昆虫创伤性脑损伤的装置，包括：底座、立杆、固定件、导管、重物、撞击板和昆虫固定板；

[0008] 其中所述立杆垂直设置在所述底座上；

[0009] 所述固定件水平设置在所述立杆上，用于固定所述导管；

[0010] 所述撞击板位于所述导管下方；

[0011] 所述重物在使用时放置在所述导管中并在下落时撞击所述撞击板；

[0012] 所述昆虫固定板位于所述撞击板的下方，所述昆虫固定板具有一个或多个昆虫固定孔和多个弹簧安装孔，所述弹簧安装孔中设置有支撑弹簧，所述支撑弹簧的顶端高于所述昆虫固定板，所述撞击板设置在所述支撑弹簧上。

[0013] 在一些实施例中，所述导管由透明材料制成，优选为玻璃、透明塑料(例如PVC)等，优选地，所述导管的内侧或外侧标注有刻度，优选地，所述导管与所述立杆平行或与所述立杆形成一倾斜角。

[0014] 在一些实施例中，所述重物为钢球，优选地，所述钢球的直径比所述导管的内径小0-2毫米，更优选地，所述重物上设置有拉绳。

[0015] 在一些实施例中，所述固定件为夹子，优选地，所述固定件的数量为一个或多个。

[0016] 在一些实施例中，所述昆虫固定板的厚度大于或等于昆虫的体长，所述昆虫固定板的形状为圆片形、正方形或长方形。

[0017] 在一些实施例中，所述昆虫固定孔为通孔并且包括上开口和下开口，并且上开口的孔径小于下开口的孔径，所述昆虫固定孔优选为锥形孔，更优选地，所述上开口的周长为昆虫头部周长的1-1.5倍，下开口的周长为昆虫腹围最大处的1.5-2倍。

[0018] 在一些实施例中，所述昆虫固定孔的轴线与所述昆虫固定板垂直或者与所述昆虫固定板成一锐角。

[0019] 在一些实施例中，所述昆虫固定孔包括贯穿所述昆虫固定板的圆孔、设置在所述圆孔内的锥形管以及位于所述圆孔和所述锥形管之间的填充物，优选地，所述填充物为硅胶或玻璃胶。

[0020] 在一些实施例中，所述弹簧安装孔位于所述昆虫固定板的四周均匀分布，优选地，所述弹簧安装孔的数量为3-8个。

[0021] 在一些实施例中，所述弹簧安装孔为通孔或凹槽，优选地，所述弹簧安装孔包括锥形孔及其下方的圆柱孔，所述锥形孔的上开口的孔径大于所述锥形孔的下开口的孔径，所述锥形孔的下开口与所述圆柱孔相连，优选地，所述锥形孔的上开口的孔径为所述锥形孔的下开口的孔径的1.5-2.5倍，更优选为2倍，所述锥形孔的下开口的孔径与所述圆柱孔的孔径相同，所述锥形孔的高度为所述圆柱孔的高度的0.5-2倍，更优选所述锥形孔的高度与所述圆柱孔的高度相同。在一些实施例中，所述装置还包括垫片，所述垫片位于所述昆虫固定板的下方，优选地，所述弹簧安装孔为通孔时，所述垫片用于支撑所述支撑弹簧，所述垫片的形状与所述弹簧安装孔的分布相对应。

[0022] 在一些实施例中，所述撞击板的形状和尺寸与所述昆虫固定板的形状和尺寸相同或者不同，优选地，所述撞击板的材料选自塑料(优选为PVC)、金属、木材或玻璃，优选地，所述撞击板的形状为圆片形、正方形或长方形。

[0023] 在一些实施例中，所述装置还包括位于所述昆虫固定板下方的昆虫收集容器，优选地，所述昆虫收集容器为平皿。

[0024] 另一方面，本发明还提供一种利用所述装置进行头部损伤实验的方法，包括：将昆虫固定在所述昆虫固定孔中，并使其头部完全暴露于所述昆虫固定板的表面；将所述重物加入到所述导管中并从预定位置下落到所述撞击板上，使所述撞击板撞击所述昆虫的头部。

[0025] 在一些实施例中，利用所述装置进行头部损伤实验的方法具体包括以下步骤：

[0026] 将底座放置于水平实验台上，立杆固定于底座，夹子固定于立杆上，然后用夹子夹住下落导管，调节夹子和下落导管，使下落导管垂直于实验台，并与底座保持一定的距离，将昆虫收集容器置于下落导管正下方。将昆虫麻醉后，用镊子轻轻夹起昆虫翅膀，从昆虫固定板锥形孔大孔中小心塞入昆虫，使其头部从锥形孔小孔中伸出并完全暴露于昆虫固定板表面。把装有昆虫的昆虫固定板置于昆虫收集容器的正上方，同时位于下落导管正下方，然后把撞击板轻轻架于昆虫固定板正上方，昆虫固定板和撞击板之间的支撑弹簧可保证两者之间相距一定的距离，使得此时的昆虫头部不受到撞击或者压迫。将钢球放入下落导管使其处于一定高度，然后自由落体撞击到撞击板的正中央，撞击板受力后产生向下压力撞击昆虫头部。昆虫受力后从昆虫固定板中掉落到昆虫收集容器中，可用于后续实验。昆虫头部受力的大小可以通过调节钢球的重量和下落高度来实现，钢球的重量越大，下落的高度越高，撞击板受到的撞击力就越大，昆虫头部受到的撞击力就越大，损伤越严重。

[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0028] 1、装置结构简单，价格低廉，容易生产制备，实现了对昆虫头部撞击力度以及撞击部位的控制。

[0029] 2、该装置使用独特的昆虫固定板固定昆虫，可实现多只昆虫同时受到撞击程度相同的力，从而造成昆虫头部程度基本一致的损伤。

[0030] 3、该装置采用钢球撞击，可以准确测量钢球重量和下落高度，通过不同的下落高度实现不同程度的撞击伤。

[0031] 4、该装置具有下落导管，下落导管标有刻度，不仅可以实现钢球下落高度的量化，更能保证实验中钢球的运动轨迹平稳可控，不至于产生偏差。

[0032] 5该装置具有下落导管，下落导管中心位置正对撞击板中心位置，这样可以保证实验中钢球撞击撞击板时对每只昆虫的撞击力度相同。

[0033] 6、该装置涉及的撞击板、钢球、下落导管、夹子、立杆和底座的尺寸均可根据实际需要灵活调节。

[0034] 7、该装置中昆虫固定板的尺寸、厚度、孔径大小及弹簧的尺寸及硬度均可根据需要进行调整制作。

[0035] 8、固定昆虫的关键是采用锥形孔，在固定昆虫的前提下，可以防止昆虫从孔中爬出。

附图说明

[0036] 图1是本发明实验装置的整体示意图。

[0037] 图2是本发明实施例中昆虫固定板的示意图。

[0038] 图3是本发明实施例中的弹簧安装孔的示意图。

[0039] 图4是本发明另一实施例中弹簧安装孔的示意图。

[0040] 图5是本发明实施例中锥形小孔的示意图。

[0041] 图6是本发明实施例中锥形小孔与昆虫固定板之间夹角小于90度的示意图。

[0042] 图7是本发明另一实施例中锥形小孔的示意图。

[0043] 附图标记说明：

[0044] 1-底座         2-立杆       3-夹子

[0045] 4-导管         5-钢球       6-撞击板

[0046] 7-昆虫固定板

[0047] 7.1-弹簧安装孔 7.2-支撑弹簧 7.3-锥形小孔

[0048] 8-昆虫收集容器 9-垫片       10-昆虫

具体实施方式

[0049] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

[0050] 实施例一

[0051] 本实施例的造成昆虫创伤性脑损伤的实验装置，如图1所示，包括底座1，立杆2，夹子3，下落导管4，钢球5，撞击板6、昆虫固定板7、昆虫收集容器8和垫片9。底座1置于实验台面上，立杆2垂直固定在底座1上，夹子3水平固定在立杆2上，下落导管4固定在夹子3上，撞击板6置于底座1的上方，并处于下落导管4的正下方，下落导管4的中心位置应对准撞击板6的中心位置，昆虫固定板7位于撞击板6的正下方，昆虫收集容器8位于昆虫固定板7的正下方。

[0052] 底座1为长方形、正方形或圆片形，放置于实验台面上，对整个装置起到支撑和稳定的作用。

[0053] 立杆2通过螺孔和螺丝垂直固定于底座1上。夹子3的一头通过螺丝垂直固定于立杆2上，另一头垂直夹住下落导管4。为了保证下落导管的稳固，需用两个夹子3分别夹住下落导管的不同位置。此时下落导管4应与立杆2形成平行关系，并与底座1形成垂直关系。

[0054] 下落导管4可选用透明且有一定硬度的材料，如玻璃、PVC等，且下落导管4上内侧或外侧可标注刻度。

[0055] 钢球5上有拉绳，便于取出钢球或者向上提起钢球到一定高度进行重复操作，且下落钢球5的直径与下落导管4的内径应基本相当。优选的，钢球5的直径小于下落导管4的内径0-2毫米。

[0056] 撞击板6为圆片形、正方形、长方形等形状，为质量较轻、厚度较小、具有一定硬度的板材。撞击板6可使用硬质材料如塑料(如PVC)、金属、木材或玻璃等制作。

[0057] 昆虫固定板7可以为圆片形、正方形、长方形等形状，昆虫固定板7的形状可以与撞击板6的形状相同或不同，昆虫固定板7的尺寸可以与撞击板6相同或不同，例如，当撞击板6的形状为圆片形时，昆虫固定板7的形状可以为圆片形，也可以为正方形、长方形等形状，如果昆虫固定板7的形状为圆片形，其直径可以与撞击板6的直径相同，也可以比撞击板6的直径稍大或稍小，只要能保证撞击板6可以撞击到昆虫固定板7上的所有昆虫即可。昆虫固定板7的厚度可根据不同种类昆虫的大小进行选择，一般情况下，昆虫固定板7的厚度应当比进行实验的昆虫的体长稍长。以果蝇为例，果蝇体长在0.3厘米左右，昆虫固定板7厚度可在0.4-0.6厘米之间进行选择。

[0058] 如图2-3所示，昆虫固定板7的外围有四个弹簧安装孔7.1，弹簧安装孔7.1中设置有支撑弹簧7.2，支撑弹簧7.2高度高出昆虫固定板7，这样撞击板6放置于昆虫固定板7上方时可与其保持一定的距离，这个距离可以根据不同昆虫头部的大小进行调节，一般情况下，这个距离应当比昆虫头部的高度稍大(以果蝇为例，这个距离在1-2毫米之间)。弹簧安装孔7.1和支撑弹簧7.2至少各为3个，优选8个，且在昆虫固定板7上均匀分布，例如当昆虫固定板7为一圆片形状时，弹簧安装孔7.1距离边缘长度一致，各孔与圆心的连线之间夹角均等。
支撑弹簧7.2的数量与弹簧安装孔7.1的数量一致，不同支撑弹簧7.2的高度、硬度等相关参数一致。

[0059] 如图3所示，弹簧安装孔7.1包括锥形孔7.1.1和圆柱孔7.1.2，弹簧安装孔7.1可以为贯穿昆虫固定板7。圆柱孔7.1.2内径与支撑弹簧7.2外径相同，用于固定支撑弹簧7.2。锥形孔7.1.1用于容纳被压缩下移后的支撑弹簧7.2，避免当支撑弹簧7.2被压缩到无法压缩时，高度高于昆虫固定板7的表面，影响撞击板6对昆虫的撞击。锥形孔7.1.1和圆柱孔7.1.2的尺寸可根据弹簧的高度和硬度，以及操作的便捷性等进行选择。优选的，锥形孔7.1.1的高度与圆柱孔7.1.2的高度相同，锥形孔7.1.1的下孔径与圆柱孔7.1.2的孔径大小相同，锥形孔7.1.1的上孔径是下孔径的2倍。

[0060] 如图2和图5所示，昆虫固定板7的中间部分有一些锥形小孔7.3，可用于固定昆虫10，使其头朝上露出昆虫固定板7表面。锥形小孔7.3上方孔径较小，下方孔径较大，使得昆虫置于其中不易爬出。锥形小孔7.3的大小可根据不同种类昆虫的大小进行调整，例如，其上方孔径周长可以相当于所实验昆虫头部周长的1-1.5倍，下方孔径周长可以相当于昆虫腹围最大处的1.5-2倍。锥形小孔7.3的数量根据需要而定，位置应均匀分布在昆虫固定板7上。

[0061] 锥形小孔7.3的数量可根据实验而定，一般在数十个左右，便于进行后续一系列操作。锥形小孔7.3的位置在昆虫固定板7上均匀分布。

[0062] 昆虫收集容器8为平皿形，位于昆虫固定板7正下方，用于收集从昆虫固定板7中掉落的昆虫10。

[0063] 昆虫固定板7和昆虫收集容器8之间还可以设置有垫片9，用于支撑弹簧安装孔7.1内的支撑弹簧7.2，防止其从弹簧安装孔7.2中掉落。垫片9能够覆盖弹簧安装孔7.1的区域，同时不覆盖昆虫固定板7上锥形小孔7.3的区域。即，垫片9的形状取决于弹簧安装孔7.1的分布情况，例如，当多个弹簧安装孔7.1在昆虫固定板7呈圆形分布时，垫片9的形状为一圆环，当多个弹簧安装孔7.1在昆虫固定板7呈正方形分布时，垫片9的形状为一正方形环，此处不一一列举。

[0064] 将昆虫固定板7置于昆虫收集容器8上方，撞击板6放于昆虫固定板7上方，然后置于下落导管4下方，调节下落导管4的高度，使下落导管4的底部稍高于撞击板6一定距离。同时在下落导管4上标注刻度。

[0065] 将撞击板6和昆虫固定板7从下落导管4下方取出。将麻醉的昆虫10从锥形小孔7.3底部较大孔中轻轻塞入，头部从锥形小孔7.3上方较小孔中伸出并完全暴露于昆虫固定板7表面。把装有昆虫10的昆虫固定板7置于下落导管4正下方，然后把撞击板6轻轻架于昆虫固定板7正上方，昆虫固定板7和撞击板6之间的支撑弹簧可保证两者之间相距一定的距离，使得此时昆虫10的头部不受到撞击或者压迫。

[0066] 取出钢球5，钢球5直径与下落导管4内径基本相当或稍小，提起钢球5上的拉绳，将钢球5置于下落导管4中。根据下落导管4的刻度，调节钢球5到一定高度，松开拉绳，钢球5自由落体到撞击板6上并对其产生撞击力，撞击板6受力后产生向下压力撞击昆虫10头部。昆虫10头部受力的大小可以通过调节钢球5的重量和下落的高度来实现，钢球5的重量越大，下落的高度越高，撞击板6受到的撞击力就越大，昆虫10头部受到的撞击力就越大，损伤越严重。

[0067] 实施例二

[0068] 如图4所示，弹簧安装孔7.1包括锥形孔7.1.1和圆柱孔7.1.2，弹簧安装孔7.1不贯穿昆虫固定板7，而是一个槽型结构。这种结构可以使支撑弹簧7.2直接固定于弹簧安装孔7.1之中，不需要垫片9的支撑。该实施例的其它结构与实施例二相同，在此不再赘述。

[0069] 实施例三

[0070] 如图6所示，锥形小孔7.3的轴线与昆虫固定板7形成一锐角，昆虫头部侧面暴露于昆虫固定板7表面，受到撞击板6传来的撞击力后使昆虫头部侧面受到损伤。该实施例的其它结构与实施例一相同，在此不再赘述。

[0071] 实施例四

[0072] 如图7所示，固定昆虫的锥形小孔7.3可以包括三个部分：锥形管7.3.1、圆孔7.3.3、以及在锥形管7.3.1和圆孔7.3.3之间用于固定锥形管7.3.1的填充物7.3.2。其中，锥形管7.3.1可采用尺寸合适的已有锥形管截断制成(例如生物学实验中常用的1000ul，
200ul和10ul上样枪头)；圆孔7.3.3是上下直径一样的圆孔，以利于加工，其直径比锥形管
7.3.1的最大直径大；填充物7.3.2用于将锥形管7.3.1固定在圆孔7.3.3中，可选用硅胶，玻璃胶等。这个方案加工方便，锥形管7.3.1可根据实际需要的大小进行调整和更换。该实施例的其它结构与实施例一相同，在此不再赘述。

[0073] 实施例五

[0074] 本实施例的建立昆虫创伤性脑损伤的实验装置，除下落导管4与立杆2保持一定的倾斜角度外，其余同实施例一。

[0075] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。