CN105301212B - 高通量鱼类生态毒性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高通量鱼类生态毒性测试系统。该系统包括：试验容器、试验容器放置器、母液储备容器、滑动式机械臂、伸缩式注水器、伸缩式移液器、数据传输端口以及测试参数控制平台，其中，试验容器放置器分别与伸缩式注水器以及数据传输端口相连，母液储备容器与伸缩式移液器相连，滑动式机械臂分别与伸缩式注水器、伸缩式移液器以及数据传输端口相连，数据传输端口还与测试参数控制平台相连。应用本发明，可以提升生态毒理学毒性数据的产出效率。

Description

高通量鱼类生态毒性测试系统

技术领域

本发明涉及环境生态技术，特别涉及一种高通量(HTS，High ThroughputSequencing)鱼类生态毒性测试系统。

背景技术

水是人类赖以生存的基础，水环境质量状况与人类的健康和发展息息相关。伴随着社会经济的快速发展和工农业生产活动的日益加剧，全球对金属的需求量也越来越大，生产的化学品数量和种类也越来越多，而大量重金属的开采和化学品的使用，又通过各种途径进入水环境，造成水环境生态的污染，导致水环境日益恶化，对水环境生态安全和人类健康造成严重威胁。例如，目前，大量的工业废料、污水以及化学品未经有效的排污处理就排入到河流和湖泊中，不仅对河流和湖泊中的水生生物造成严重威胁，还威胁到下游饮用水源的安全，对生态环境和人体健康造成严重威胁。

鱼类毒性试验作为有效评估水环境质量的技术手段，广泛应用于河流和湖泊的水质检测。也就是说，鱼类毒性试验利用鱼类作为试验对象，对水环境的水体中污染物进行毒性研究，目的在于探讨并阐明污染物对鱼类的影响及作用机理，从而防止水环境中的污染物通过食物危害人类，为制订污染物在水体中的卫生标准提供依据。

为准确评价水环境中重金属以及化学品等污染物的安全性，通过环境生态毒理学测试获取生态毒理学毒性数据是必不可少且最为重要的基础数据。其中，环境生态毒理学测试是实现环境管理与环境保护的重要技术手段，常规的生态毒理学测试试验，例如，藻类生长抑制试验、溞类急性毒性试验、溞类繁殖试验、鱼类急/慢性毒性试验等测试试验，主要依据国际经合组织(OECD，Organization for Economic Co-operation andDevelopment)、美国材料与试验协会(ASTM，American Society for Testing andMatericals)、美国环境保护局(USEPA，U.S.Environmental Protection Agency)的相关测试标准技术方法，我国的国家标准中也制定了部分生态毒理学测试的标准技术方法。

目前，国内外规定的生态毒理学测试的标准技术方法可以保证产出生态毒理学毒性数据的规范性和可靠性，但试验程序非常繁琐，人工劳动量很大，一次生态毒理学测试试验只能产出一个或几个生态毒理学毒性数据，极大地限制了生态毒理学毒性数据的积累和应用。

由于我国的环境生态与国外存在较大的差异，在环境基准研究、环境风险评估以及整体生态毒理学测试的国家标准制定中，急需大量的我国本土生态毒理学毒性数据支持，但繁琐的测试程序和繁重的人工劳动，极大地限制了生态毒理学毒性数据的产出，使得生态毒理学毒性数据的不足和产出效率低下，已经成为影响我国环境管理和环境保护的重要瓶颈之一，亟待重大技术突破。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种高通量鱼类生态毒性测试系统，提升生态毒理学毒性数据的产出效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种高通量鱼类生态毒性测试系统，该系统包括：试验容器、试验容器放置器、母液储备容器、滑动式机械臂、伸缩式注水器、伸缩式移液器、数据传输端口以及测试参数控制平台，其中，

试验容器放置器分别与伸缩式注水器以及数据传输端口相连，母液储备容器与伸缩式移液器相连，滑动式机械臂分别与伸缩式注水器、伸缩式移液器以及数据传输端口相连，数据传输端口还与测试参数控制平台相连；

试验容器放置器，设置有放置并固定多个试验容器的容器槽，并配置有用于感测试验容器中水温的温度传感器；

所述试验容器中设置有对受试生物进行测试的测试传感器，底部设置有出流口；

母液储备容器，用于存储作为受试生物的污染物溶液的母液；

滑动式机械臂，位于系统的一侧，可沿系统平面的一方向滑移，在沿系统平面滑移的方向，设置有机械臂，机械臂上固定有位置传感器；

伸缩式注水器，设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式注水器下降至与试验容器相接近的位置；

伸缩式移液器，设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式移液器下降至与试验容器相接近的位置；

数据传输端口，用于接收温度传感器、位置传感器以及测试传感器输出的信息，传输至测试参数控制平台；

测试参数控制平台，用于接收数据传输端口输出的信息，进行存储，对接收的信息进行分析，根据分析结果进行相应处理。

较佳地，所述试验容器放置器为内置加热器的水浴容器，所述水浴容器的底部设置有温度传感器，并设置有多个能使水相互连通的用于放置试验容器的容器槽。

较佳地，所述测试传感器包括：受试生物指标参数测试传感器以及水质参数测试传感器。

较佳地，所述系统进一步包括：加氧曝气器以及水源器，其中，

加氧曝气器，通过气体输送管与试验容器相连，加氧曝气器还与测试参数控制平台相连；

水源器，位于水浴容器一侧，放置有试验水。

较佳地，所述试验容器放置器以及母液储备容器固定在系统上部设置的第一隔板上，所述数据传输端口以及测试参数控制平台设置在系统下部的第二隔板上。

较佳地，所述滑动式机械臂包括：第一导轨、第一滑动支撑架、第一驱动器以及机械臂，其中，

第一导轨，水平固定在第一隔板上的一侧；

第一滑动支撑架，与第一导轨配合，可沿第一导轨滑动；

第一驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第一位移信息的第一驱动信号后，驱动第一滑动支撑架沿第一导轨滑动所述第一位移；

机械臂，一端固定在第一滑动支撑架上，另一端延伸至试验容器放置器以及母液储备容器上方，机械臂上固定有第一位置传感器。

较佳地，所述滑动式机械臂进一步包括：第二导轨、第二滑动支撑架以及第二驱动器，其中，

第二导轨，水平固定在第一隔板上的另一侧；

第二滑动支撑架，与第二导轨配合，可沿第二导轨滑动，所述机械臂的另一端水平固定在所述第二滑动支撑架上；

第二驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第一位移信息的第一驱动信号后，驱动第二滑动支撑架沿第二导轨滑动所述第一位移，所述第二驱动器与所述第一驱动器的结构和配置相同。

较佳地，所述伸缩式注水器中设置有试验容器位置传感器、第五驱动器以及第六驱动器，其中，

试验容器位置传感器用于感测伸缩式注水器在机械臂上的位置，第五驱动器用于驱动伸缩式注水器沿机械臂滑动，第六驱动器用于驱动伸缩式注水器进行伸缩。

较佳地，所述伸缩式移液器中设置有第三位置传感器、第七驱动器以及第八驱动器，其中，

第三位置传感器用于感测伸缩式移液器在机械臂上的位置，第七驱动器用于驱动伸缩式移液器沿机械臂滑动，第八驱动器用于驱动伸缩式移液器进行伸缩。

较佳地，所述测试参数控制平台包括：信息判断模块、存储模块、温度控制模块、水质参数控制模块、注水器位移控制模块、移液器位移控制模块以及污染物浓度控制模块，其中，

信息判断模块分别与存储模块、温度控制模块、水质参数控制模块、注水器位移控制模块、移液器位移控制模块以及污染物浓度控制模块相连，温度控制模块还与加热器或加热器开关相连，水质参数控制模块还与加氧曝气器相连，注水器位移控制模块还与滑动式机械臂相连，移液器位移控制模块还与滑动式机械臂相连，污染物浓度控制模块还与试验容器、注水器位移控制模块以及移液器位移控制模块相连；

信息判断模块，接收信息，将接收的信息输出至存储模块进行存储；同时，如果接收的信息为水温信息，输出至温度控制模块，如果接收的信息为溶解氧信息，输出至水质参数控制模块，如果接收的信息为注水器位移信息，输出至注水器位移控制模块，如果接收的信息为移液器位移信息，输出至移液器位移控制模块，如果接收的信息为污染物浓度信息，输出至污染物浓度控制模块；

存储模块，存储接收的信息；

温度控制模块，如果接收的水温信息低于预先设置的第一温度阈值，将加热器开关置于导通状态，以使加热器接通电源进行加热；如果水温信息高于预先设置的第二温度阈值，则将加热器开关置于关断状态，以使加热器与电源断开，停止加热；如果水温信息高于第一温度阈值而低于第二温度阈值，不作处理；

水质参数控制模块，如果接收的溶解氧信息低于预先设置的第一溶解氧阈值，则启动加氧曝气器；如果溶解氧信息高于预先设置的第二溶解氧阈值，则关闭加氧曝气器；如果接收的溶解氧信息高于第一溶解氧阈值而低于第二溶解氧阈值，不作处理；

注水器位移控制模块，根据接收的注水器位移信息以及需调节的注水器目标位置信息，计算伸缩式注水器需要移动的位移信息，携带在驱动信号中，通过数据传输端口输出至相应的驱动器；

移液器位移控制模块，根据接收的移液器位移信息以及需调节的移液器目标位置信息，计算伸缩式移液器需要移动的位移信息，携带在驱动信号中，通过数据传输端口输出至相应的驱动器；

污染物浓度控制模块，接收污染物浓度信息，判断接收的浓度信息与初始检测得到的浓度信息之差是否大于预先设置的浓度差阈值，如果是，触发按照预先设置的策略进行换水处理，否则，不作处理。

由上述的技术方案可见，本发明提供的一种高通量鱼类生态毒性测试系统，通过在试验容器放置器中设置容器槽，并配置有用于感测试验容器中水温的温度传感器；试验容器中设置有对受试生物进行测试的测试传感器，底部设置有出流口；滑动式机械臂位于系统的一侧，可沿系统平面的一方向滑移，在沿系统平面滑移的方向，设置有机械臂，机械臂上固定有位置传感器；伸缩式注水器设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式注水器下降至与试验容器相接近的位置；伸缩式移液器设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式移液器下降至与试验容器相接近的位置；数据传输端口接收温度传感器、位置传感器以及测试传感器输出的信息，传输至测试参数控制平台；测试参数控制平台接收数据传输端口输出的信息，进行存储，对接收的信息进行分析，根据分析结果进行相应处理。这样，基于生物传感技术，实现小型水生动物在线毒性检测，并实现毒性测试过程的生物指标数据的自动观测、自动记录，测试过程高度自动化；同时，可完成生态毒性试验中水质参数的在线检测及自动控制，从而实现测试程序的自动化，测试结果的准确性高，提升了生态毒理学毒性数据的产出效率，为我国环境管理和环境保护提供有效的数据支持。

附图说明

图1为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试系统俯视结构示意图。

图2为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试系统主视结构示意图。

图3为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试系统侧视结构示意图。

图4为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

现有获取生态毒理学毒性数据的方法，利用生态毒理学测试标准规定的技术方法，虽可保证产出生态毒理学毒性数据的规范性和可靠性，但试验程序非常繁琐，人工劳动量很大，一次生态毒理学测试试验只能产出一个或几个生态毒理学数据，使得生态毒理学毒性数据的产出效率较低，影响了生态毒理学毒性数据的积累和应用，从而不利于开展我国的环境管理和环境保护。

高通量测试技术是指以分子水平和细胞水平的试验方法为基础，在同一时间进行多个样品的检测，以微板形式作为试验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集试验结果数据，以计算机分析处理采集的试验数据，并以经分析处理得到的相应数据作为支持的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点，能够通过一次试验获得大量的试验数据信息，并从中找到有价值的信息。

高通量测试技术在很多领域已经被广泛应用，在环境及生态毒理学测试与研究领域，目前，高通量自动化毒理学测试技术在分子(基因)水平，例如，毒性基因组学、蛋白组学等领域的应用已较成熟，为分子水平的风险预警标志物筛选、疾病标志物的研究提供了强有力的技术手段，也促进了生物信息学的蓬勃发展。但在对于环境保护及环境管理最为重要的生物个体和种群水平的生态毒理学测试领域，目前国内外还很少见到高通量测试技术的应用。

本发明实施例中，采用高通量自动化模拟环境生态毒理学测试平台，将高通量自动化检测技术应用于环境生态毒理学测试领域，通过并行测试并自动检测，批量产生高质量有效的生态毒理学数据，改变传统的依靠人工观测和记录进行生态毒理学测试方法，将单次试验的数据产生效率至少提高20-30倍以上，实现环境生态毒理学测试技术的新突破，极大地提升生态毒理学测试的效率；同时，通过在试验过程中，对水质参数的在线检测及自动控制，可提升测试过程的质控水平，确保测试产生数据的有效性、可靠性以及准确性。

图1为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试系统俯视结构示意图。

图2为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试系统主视结构示意图。

图3为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试系统侧视结构示意图。

参见图1至图3，该系统包括：试验容器、试验容器放置器、母液储备容器、滑动式机械臂、伸缩式注水器、伸缩式移液器、数据传输端口以及测试参数控制平台，其中，

试验容器放置器分别与伸缩式注水器以及数据传输端口相连，母液储备容器与伸缩式移液器相连，滑动式机械臂分别与伸缩式注水器、伸缩式移液器以及数据传输端口相连，数据传输端口还与测试参数控制平台相连；

试验容器放置器，设置有放置并固定多个试验容器的容器槽，并配置有用于感测试验容器中水温的温度传感器；

本发明实施例中，较佳地，试验容器放置器为内置加热器的水浴容器，即在水浴容器的底部设置有温度传感器，水浴容器内设置有多个能使水相互连通的容器槽，试验容器置于容器槽内。当然，实际应用中，加热器也可以外置，例如，置于水浴容器的底部。此外，也可以在试验容器内壁设置一用于容置温度传感器的容置管，所述容置管低于试验容器内水面，或，所述容置管一部分浸入试验容器内水面，并在浸入试验容器内水面的部分开设通孔。这样，放置于容置管的温度传感器可以测量试验容器中的水温。

较佳地，水浴容器的底部还设置有与加热器相连的加热器开关，加热器开关还与测试参数控制平台相连。在试验中，温度传感器定时或不定时地将试验容器的水温信息通过数据传输端口传输至测试参数控制平台，测试参数控制平台根据接收的水温信息确定是否需要启动加热器，如果水温信息低于预先设置的第一温度阈值，则将加热器开关置于导通状态，以使加热器接通电源进行加热；如果水温信息高于预先设置的第二温度阈值，则将加热器开关置于关断状态，以使加热器与电源断开，停止加热。

作为可选实施例，水浴容器设置的容器槽采用行列式分布，行列之间的间距可以相等，也可以不等。其中，容器槽数量可根据试验实际需要以及考虑后续的扩展要求确定，从而使得容器槽数量可以满足不同试验需求。

试验容器，用于为受试生物提供活动环境，所述试验容器中设置有对受试生物进行测试的测试传感器，底部设置有出流口；

本发明实施例中，试验容器用于为生物体提供水生活动空间。作为可选实施例，试验容器为试管，试验容器的数量可根据试验实际需要确定，例如，本发明实施例中，确定试验容器数量为200个。试验容器的底部设置有出流口。

试验容器中放置的受试生物条数依据OECD、ISO或者国家标准中水量和生物负荷的规定。

本发明实施例中，试验容器中的水量可依据生物体的大小进行调节，例如，对于幼鱼、幼蟹等体型较大的生物，试验容器中的水量设置为200ml；对于鱼类受精卵、大型溞等枝角类、桡足类、幼虾、轮虫、卤虫等体型较小的生物，试验容器中的水量设置为50ml。

较佳地，试验容器的容积设置为250ml。

本发明实施例中，作为可选实施例，对受试生物进行测试包括：受试生物指标参数测试以及水质参数测试，相对应地，测试传感器包括：受试生物指标参数测试传感器以及水质参数测试传感器。其中，

受试生物指标参数包括：受试生物活动参数、死亡参数、心跳参数等；水质参数包括：溶解氧、pH、电导率、污染物浓度等。关于在试验容器设置测试传感器并进行测试，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。这样，本发明实施例中，通过在试验容器内设置测试传感器，可以完成受试生物指标参数(活动、死亡、心跳等)的自动观测、自动记录，以及，进行试验中水质参数(溶解氧、pH、电导率、温度等)的在线检测，测试传感器将检测的信息通过数据传输端口传输至测试参数控制平台，测试参数控制平台按照预先安装的分析程序进行分析后，可以实现对系统的自动控制。

作为可选实施例，可以进一步包括：

加氧曝气器，通过气体输送管与试验容器相连，加氧曝气器还与测试参数控制平台相连。

本发明实施例中，在试验中，水质参数测试传感器将试验容器的溶解氧信息通过数据传输端口传输至测试参数控制平台，测试参数控制平台根据接收的溶解氧信息确定是否需要启动加氧曝气器：如果溶解氧信息低于预先设置的第一溶解氧阈值，则启动加氧曝气器；如果溶解氧信息高于预先设置的第二溶解氧阈值，则关闭加氧曝气器。

较佳地，加氧曝气器设置有多个气体输送管，分别连通于多个试验容器中，使得每一试验容器通有相同气流速度的氧气，相同试验组的试验容器放置于同样温度的水浴容器内和相同光照强度环境中，为试验提供了准确一致的试验条件和试验环境。

实际应用中，该系统还可以在水浴容器一侧设置用于放置试验水的水源器。

母液储备容器，用于存储作为受试生物的污染物溶液的母液；

本发明实施例中，母液储备容器根据鱼类生态毒性测试要求，配置受试生物的污染物溶液(母液)，以用于系统的鱼类生态毒性测试。

较佳地，系统设置为多层，例如，两层或更多层，每层通过隔板隔开，试验容器放置器以及母液储备容器固定在系统设置的第一隔板上。本发明实施例中，第一隔板位于系统的上部。数据传输端口以及测试参数控制平台可以设置在下层的第二隔板上。

滑动式机械臂，位于系统的一侧，可沿系统平面的一方向滑移，在沿系统平面滑移的方向，设置有机械臂，机械臂上固定有位置传感器；

本发明实施例中，作为可选实施例，滑动式机械臂包括：第一导轨、第一滑动支撑架、第一驱动器以及机械臂(图中未示出)，其中，

第一导轨(机械臂滑轨)，水平固定在第一隔板上的一侧；

第一滑动支撑架，与第一导轨配合，可沿第一导轨滑动；

第一驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第一位移信息的第一驱动信号后，驱动第一滑动支撑架沿第一导轨滑动所述第一位移；

机械臂，一端固定在第一滑动支撑架上，另一端延伸至试验容器放置器以及母液储备容器上方，机械臂上固定有第一位置传感器。

本发明实施例中，为了提高滑动式机械臂的稳定性和安全性，作为另一可选实施例，该滑动式机械臂可以进一步包括：第二导轨、第二滑动支撑架以及第二驱动器，其中，

第二导轨，水平固定在第一隔板上的另一侧；

本发明实施例中，第一隔板上的一侧与另一侧之间的区域包括：试验容器放置器所占用的区域以及母液储备容器所占用的区域。

第二滑动支撑架，与第二导轨配合，可沿第二导轨滑动，所述机械臂的另一端水平固定在所述第二滑动支撑架上；

第二驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第一位移信息的第一驱动信号后，驱动第二滑动支撑架沿第二导轨滑动所述第一位移，所述第二驱动器与所述第一驱动器的结构和配置相同。

本发明实施例中，用于驱动第一驱动器的第一驱动信号与用于驱动第二驱动器的第一驱动信号为同一驱动信号。

较佳地，考虑到后续如果未采用伸缩式注水器以及伸缩式移液器，而采用普通的注水器以及移液器，为了实现普通的注水器以及移液器的滑移，该滑动式机械臂可以进一步包括：第三导轨、第四导轨、第三驱动器以及第四驱动器，其中，

第三导轨，与第一导轨配合，可沿第一导轨滑动；所述第一滑动支撑架与所述第三导轨配合，可沿第三导轨上下滑动；所述第一驱动器驱动所述第三导轨沿第一导轨滑动；

第四导轨，与第二导轨配合，可沿第二导轨滑动；所述第二滑动支撑架与所述第四导轨配合，可沿第四导轨上下滑动；所述第二驱动器驱动所述第四导轨沿第二导轨滑动；

第三驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第二位移信息的第二驱动信号后，驱动所述第一滑动支撑架沿第三导轨上下滑动所述第二位移；

第四驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第二位移信息的第二驱动信号后，驱动所述第二滑动支撑架沿第四导轨上下滑动所述第二位移。

实际应用中，滑动式机械臂上还可以设置有搅拌器，用于在伸缩式移液器往试验容器中加入母液后，在试验容器中进行搅拌，使母液在试验容器中均匀分散。

伸缩式注水器，设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式注水器下降至与试验容器相接近的位置；

本发明实施例中，所述伸缩式注水器中设置有试验容器位置传感器、第五驱动器以及第六驱动器，其中，试验容器位置传感器用于感测伸缩式注水器在机械臂上的位置，第五驱动器用于驱动伸缩式注水器沿机械臂滑动，第六驱动器用于驱动伸缩式注水器进行伸缩，在伸缩式注水器伸展时，从水源器中吸入试验水，在伸缩式注水器压缩时，将吸入的试验水从伸缩式注水器中注入试验容器。

伸缩式移液器，设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式移液器下降至与试验容器相接近的位置；

本发明实施例中，所述伸缩式移液器中设置有第三位置传感器、第七驱动器以及第八驱动器，其中，第三位置传感器用于感测伸缩式移液器在机械臂上的位置，第七驱动器用于驱动伸缩式移液器沿机械臂滑动，第八驱动器用于驱动伸缩式移液器进行伸缩，在伸缩式移液器伸展时，从母液储备容器中吸入母液，在伸缩式移液器压缩时，将吸入的母液从伸缩式移液器中注入试验容器。

本发明实施例中，通过各个试验容器底部的出流口，可以完成试验容器中旧溶液的定量排放，如排去1/2的溶液量，然后通过伸缩式注水器进行定位与加新水(如1/2溶液量)，加新水完成后通过伸缩式移液器加样(如1/2原加样量)，可以保证测试试验浓度的统一。

数据传输端口，用于接收温度传感器、位置传感器以及测试传感器输出的信息，传输至测试参数控制平台，接收测试参数控制平台传输的指令，按照指令中的目的地址，传输至目的地址对应的驱动器；

本发明实施例中，数据传输端口作为测试参数控制平台对系统进行自动化控制的端口。目的地址用于标识驱动器。

测试参数控制平台，用于接收数据传输端口输出的信息，进行存储，对接收的信息进行分析，根据分析结果进行相应处理。

本发明实施例中，测试参数控制平台用于完成对系统中各结构组块(生物毒性检测、滑动式机械臂、水质监测、加水、换水、冲洗等)的实时控制。

作为可选实施例，测试参数控制平台包括：信息判断模块、存储模块、温度控制模块、水质参数控制模块、注水器位移控制模块、移液器位移控制模块以及污染物浓度控制模块，其中，

信息判断模块分别与存储模块、温度控制模块、水质参数控制模块、注水器位移控制模块、移液器位移控制模块以及污染物浓度控制模块相连，温度控制模块还与加热器或加热器开关相连，水质参数控制模块还与加氧曝气器相连，注水器位移控制模块还与滑动式机械臂相连，移液器位移控制模块还与滑动式机械臂相连，污染物浓度控制模块还与试验容器、注水器位移控制模块以及移液器位移控制模块相连；

信息判断模块，接收信息，将接收的信息输出至存储模块进行存储；同时，如果接收的信息为水温信息，输出至温度控制模块，如果接收的信息为溶解氧信息，输出至水质参数控制模块，如果接收的信息为注水器位移信息，输出至注水器位移控制模块，如果接收的信息为移液器位移信息，输出至移液器位移控制模块，如果接收的信息为污染物浓度信息，输出至污染物浓度控制模块；

存储模块，存储接收的信息；

温度控制模块，如果接收的水温信息低于预先设置的第一温度阈值，将加热器开关置于导通状态，以使加热器接通电源进行加热；如果水温信息高于预先设置的第二温度阈值，则将加热器开关置于关断状态，以使加热器与电源断开，停止加热；如果水温信息高于第一温度阈值而低于第二温度阈值，不作处理；

水质参数控制模块，如果接收的溶解氧信息低于预先设置的第一溶解氧阈值，则启动加氧曝气器；如果溶解氧信息高于预先设置的第二溶解氧阈值，则关闭加氧曝气器；如果接收的溶解氧信息高于第一溶解氧阈值而低于第二溶解氧阈值，不作处理；

注水器位移控制模块，根据接收的注水器位移信息以及需调节的注水器目标位置信息，计算伸缩式注水器需要移动的位移信息，携带在驱动信号中，通过数据传输端口输出至相应的驱动器；

本发明实施例中，关于计算伸缩式注水器需要移动的位移信息以及驱动滑动式机械臂到达预先指定的位置，具体可参见相关技术文献，在此略去详述。

本发明实施例中，以测试试验初始阶段，利用伸缩式注水器冲洗试验容器为例，注水器位移控制模块的工作过程如下：

系统启动，各元器件进行初始化并处于初始位置，当按下启动测试按钮，设置每一试验容器冲洗两遍，则注水器位移控制模块根据接收的注水器初始坐标(位移)信息，查询预先存储的各试验容器以及水源器的坐标信息，获取水源器的坐标信息，计算第一滑动支撑架沿第一导轨需要滑动的横向位移信息，以及，伸缩式注水器沿机械臂需要滑动的轴向位移信息，先将横向位移信息以及第一驱动器标识封装在第一驱动信号中，输出至数据传输端口；然后，将轴向位移信息以及第五驱动器标识封装在第五驱动信号中，输出至数据传输端口；数据传输端口依序将第一驱动信号输出至第一驱动器，第一驱动器驱动第一滑动支撑架沿第一导轨滑动所述横向位移，在第一滑动支撑架滑移完成后，第五驱动器驱动伸缩式注水器沿机械臂滑动所述轴向位移，使得伸缩式注水器位于水源器上方，伸缩式注水器在第六驱动器驱动下，下降至水源器进行取水，然后，由第六驱动器驱动回复至初始位置，并将该位置(坐标)信息通过位移传感器经数据传输端口传输至注水器位移控制模块；

注水器位移控制模块根据接收的坐标信息，查询预先存储的各试验容器以及水源器的坐标信息，获取第一行第一列试验容器的坐标信息，计算第一滑动支撑架沿第一导轨需要滑动的第一位移信息，以及，伸缩式注水器沿机械臂需要滑动的第五位移信息，先将第一位移信息以及第一驱动器标识封装在第一驱动信号中，输出至数据传输端口；然后，将第五位移信息以及第五驱动器标识封装在第五驱动信号中，输出至数据传输端口；数据传输端口依序将第一驱动信号输出至第一驱动器，第一驱动器驱动第一滑动支撑架沿第一导轨滑动所述第一位移，在第一滑动支撑架滑移完成后，第五驱动器驱动伸缩式注水器沿机械臂滑动所述第二位移，使得伸缩式注水器位于第一行第一列试验容器上方，伸缩式注水器在第六驱动器驱动下，下降至第一行第一列试验容器进行冲洗，在冲洗完成后，由第六驱动器驱动回复至初始位置，并将该位置(坐标)信息通过位移传感器经数据传输端口传输至注水器位移控制模块，注水器位移控制模块再计算移动到第一行第二列试验容器所需滑移的距离，并通知相应的驱动器执行。如此反复执行，直至所有的试验容器被冲洗完毕。

在测试试验结束后，依据上述相类似的方法，可以实现对母液储备容器、滑动式机械臂、试验容器的冲洗。

本发明实施例中，注水器位移控制模块可以控制加水量、冲洗时间，并通过伸缩式注水器逐一完成对试验容器的冲洗或加水。

移液器位移控制模块，根据接收的移液器位移信息以及需调节的移液器目标位置信息，计算伸缩式移液器需要移动的位移信息，携带在驱动信号中，通过数据传输端口输出至相应的驱动器；

本发明实施例中，移液器位移控制模块的工作原理与注水器位移控制模块相类似，在此略去详述。

污染物浓度控制模块，接收污染物浓度信息，判断接收的浓度信息与初始检测得到的浓度信息之差是否大于预先设置的浓度差阈值，如果是，触发按照预先设置的策略进行换水处理，否则，不作处理。

本发明实施例中，初始检测得到的浓度信息为试验容器进行测试试验时，初始配置母液后的溶液浓度，浓度差阈值可以根据测试试验实际需要确定，例如，20％、15％等。污染物浓度检测可设置的检测周期进行，例如，每24小时进行一次浓度检测。举例来说，可以每隔24h对各浓度组进行一次取样，进行浓度检测，如果24h后浓度与原浓度的差异超过20％，则需要进行换水试验，如果浓度差异在20％以内，则不需要换水，可进行静态试验。

本发明实施例中，按照预先设置的策略进行换水处理包括：控制试验容器通过出流口流出预定容积的溶液，例如，流出一半试验容器容积的溶液，接着，触发注水器位移控制模块通过水源器，向流出预定容积溶液的试验容器补充预定容积的水，然后，触发移液器位移控制模块通过水源器，向补充预定容积水的试验容器补充预定容积对应的母液，例如，如果整个试验容器容积对应的母液为20ml，则一半试验容器容积对应的母液为10ml，从而维持受试生物水环境的一致性。

本发明实施例中，可以通过在试验容器中设置浮子及标定预定容积以控制试验容器中的换水。

本发明实施例中，该系统还可以进一步包括：

系统开关器，对系统进行启动和关断。

该系统还可以进一步包括：

滑轮，设置在系统底部，支撑系统并驱动系统移动。这样，可以便于系统的的运送，并在滑轮上，设置锁紧器，在系统移动到目标位置后，通过锁紧器锁紧滑轮，使得系统不能发生移动。

作为可选实施例，水浴容器由玻璃或高分子材料制成，试验容器由玻璃制成。

图4为本发明实施例高通量鱼类生态毒性测试方法流程示意图。参见图4，该流程包括：

步骤401，冲洗试验容器，为冲洗后的试验容器加入受试生物所需的水量并调节水温；

本步骤中，在进行试验前，首先依据试验要求，放置好所需的试验容器，并对放置好的试验容器进行冲洗；冲洗完成后，依据受试生物的大小，设置试验容器中的加水量。

本发明实施例中，由测试参数控制平台控制，通过滑动式机械臂前后滑动、伸缩式移液器以及伸缩式注水器的左右移动，实现移液器、注水器与试验容器的逐一定位，完成对试验容器的逐一加样(加入母液)、冲洗。

本发明实施例中，幼鱼、幼蟹等体型较大的生物加水200ml，鱼类受精卵、大型溞等枝角类、桡足类、幼虾、轮虫、卤虫等体型较小的生物，加水50ml。

在对试验容器中加好水后，根据受试生物适应的水温环境，进行试验容器中试验温度的调节。

步骤402，配制母液，依据试验浓度要求将配置的母液加样至试验容器中；

本步骤中，完成对试验容器的加水并对水温进行调节后，人工配制受试生物的母液(污染物)并放置于母液储备容器中，依据试验浓度设置不同试验组的加样量，然后进行加样，加样完成后，进行搅拌使样品在试验容器中均匀分散。

本发明实施例中，通过测试参数控制平台设定水温，每个试验容器放置于水浴容器内，水浴容器配制温度传感器和控制水温的加热器，通过对水浴水体的温度控制，从而完成对试验溶液的温度控制。

本发明实施例中，通过伸缩式移液器进行加样，移液器的加样量由测试参数控制平台通过软件进行设置和控制，定位则通过滑动式机械臂的前后移动和伸缩式移液器的左右移动实现。

步骤403，将受试生物放置于加样的试验容器中；

本步骤中，在完成试验容器的加样后，进行受试生物的放置，受试生物放置的条数依据OECD、ISO或者国家标准中水量和生物负荷的规定，在试验容器中放置符合规定的适当数量的受试生物。

本发明实施例中，可进行多个平行组的设置。

步骤404，累计试验时间，执行试验，记录生态毒理学毒性数据；

本步骤中，在设置好受试生物后，进行试验主体程序，可依据污染物的稳定性、水解、光解和浓度检测情况进行静态试验或换水试验。

换水试验中，换水可采用自动化换水技术，设置0～100ml间不同的自动换水量。试验主体过程中完成生物指标数据(活动、死亡、心跳等)的自动观测、自动记录，以及测试数据的自动分析和输出，同时进行试验中预定水质参数(溶解氧、pH、电导率、温度等)的在线检测及自动控制，并进行自动记录。

本发明实施例中，自动化换水主要由测试参数控制平台中的污染物浓度控制模块控制，首先，通过各个试验容器底部的出流口与浮子完成旧溶液的定量排放，如排去1/2的溶液量，然后通过伸缩式注水器进行定位与加新水(如1/2溶液量)，加新水完成后通过伸缩式加样器加样(如1/2原加样量)，保证样品试验浓度的统一。

对于受试生物的活动、死亡、心跳等行为，已有成熟的监测设备，只需要在各试验容器中配制相应的监测设备，然后通过测试参数控制平台与外接计算机完成受试生物行为活动的监测。

步骤405，按照预先设置的浓度监测周期对试验进行质量控制；

本步骤中，试验过程中，每隔24h对各浓度组进行一次取样，并对化学品浓度进行检测，来确定试验类型为静态试验或者换水试验，同时可确定换水时间。

本步骤中，每隔24h对各浓度组进行一次取样，进行浓度检测，如果24h后浓度与原浓度的差异超过20％，则需要进行换水试验，如果浓度差异在20％以内，则不需要换水，可进行静态试验。

本发明实施例中，进行静态试验或换水试验的目的是保证试验浓度的差异不超过20％即可。

换水时间的确定：通过24h的检测，浓度差异超过20％，则需要每24h换水，如果间隔12h，浓度差异已超过20％，则需要每12h进行换水，依此类推，原则是保证试验时间内浓度差异小于20％。

实际应用中，换水量和换水频率可依据受试化学物质(加药)的稳定性进行调节。

本发明实施例中，对于受试化学物质、试验鱼种和试验用水，必须是在要求的毒理学试验浓度范围内(通常小于1000mg/L)，受试化学物质采用可直接溶于试验水中，或经助溶剂作用后可完全溶于试验水中的无机或有机化学物质。

进一步地，对于水中易挥发性受试化学物质，试验期(试验时间阈值)内可采用增加换水频率的方式，确保受试化学物质的浓度变化控制在±20％范围内。

步骤406，确定累计的试验时间到，结束试验，冲洗试验容器。

试验完成后，对母液储备容器、滑动式机械臂、试验容器进行自动化冲洗，以备下一次试验使用。

由上述可见，本发明实施例的高通量鱼类生态毒性测试系统，基于生物传感技术，实现小型水生动物在线毒性检测，并实现毒性测试过程的生物指标数据(活动、死亡、心跳等)的自动观测、自动记录，以及测试数据的自动分析和输出，测试过程高度自动化；同时，采用水质常规指标在线监测技术，完成生态毒性试验中预定水质参数，例如，溶解氧、pH、电导率、温度等水质参数的在线检测及自动控制，以及，实现对试验水质中有机物、重金属和常规污染物的实时监测，实现高质量的试验质控，从而实现测试程序的自动化，有效降低了繁重的人工劳动，提升了生态毒理学毒性数据的产出效率，为我国环境管理和环境保护提供有效的数据支持；进一步地，采用计算机控制的自动化，减少了操作误差的发生，提高了测试效率和测试结果的准确性、可靠性以及有效性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高通量鱼类生态毒性测试系统，该系统包括：试验容器、试验容器放置器、母液储备容器、滑动式机械臂、伸缩式注水器、伸缩式移液器、数据传输端口以及测试参数控制平台，其中，

试验容器放置器分别与伸缩式注水器以及数据传输端口相连，母液储备容器与伸缩式移液器相连，滑动式机械臂分别与伸缩式注水器、伸缩式移液器以及数据传输端口相连，数据传输端口还与测试参数控制平台相连；

试验容器放置器，设置有放置并固定多个试验容器的容器槽，并配置有用于感测试验容器中水温的温度传感器；

所述试验容器中设置有对受试生物进行测试的测试传感器，底部设置有出流口；

母液储备容器，用于存储作为受试生物的污染物溶液的母液；

滑动式机械臂，位于系统的一侧，可沿系统平面的一方向滑移，在沿系统平面滑移的方向，设置有机械臂，机械臂上固定有位置传感器；

伸缩式注水器，设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式注水器下降至与试验容器相接近的位置；

伸缩式移液器，设置在机械臂上并可沿机械臂滑动，并通过伸缩式处理，使得伸缩式移液器下降至与试验容器相接近的位置；

数据传输端口，用于接收温度传感器、位置传感器以及测试传感器输出的信息，传输至测试参数控制平台；

测试参数控制平台，用于接收数据传输端口输出的信息，进行存储，对接收的信息进行分析，根据分析结果进行相应处理；

所述滑动式机械臂包括：

第一导轨，水平固定在第一隔板上的一侧；

第一滑动支撑架，与第一导轨配合，可沿第一导轨滑动；

第一驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第一位移信息的第一驱动信号后，驱动第一滑动支撑架沿第一导轨滑动所述第一位移；

机械臂，一端固定在第一滑动支撑架上，另一端延伸至试验容器放置器以及母液储备容器上方，机械臂上固定有第一位置传感器；

第三导轨，与第一导轨配合，可沿第一导轨滑动；所述第一滑动支撑架与所述第三导轨配合，可沿第三导轨上下滑动；所述第一驱动器驱动所述第三导轨沿第一导轨滑动；

第四导轨，与第二导轨配合，可沿第二导轨滑动；所述第二滑动支撑架与所述第四导轨配合，可沿第四导轨上下滑动；所述第二驱动器驱动所述第四导轨沿第二导轨滑动；

第三驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第二位移信息的第二驱动信号后，驱动所述第一滑动支撑架沿第三导轨上下滑动所述第二位移；

第四驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第二位移信息的第二驱动信号后，驱动所述第二滑动支撑架沿第四导轨上下滑动所述第二位移。

2.如权利要求1所述的系统，所述试验容器放置器为内置加热器的水浴容器，所述水浴容器的底部设置有温度传感器，并设置有多个能使水相互连通的用于放置试验容器的容器槽。

3.如权利要求2所述的系统，所述测试传感器包括：受试生物指标参数测试传感器以及水质参数测试传感器。

4.如权利要求3所述的系统，所述系统进一步包括：加氧曝气器以及水源器，其中，

加氧曝气器，通过气体输送管与试验容器相连，加氧曝气器还与测试参数控制平台相连；

水源器，位于水浴容器一侧，放置有试验水。

5.如权利要求1所述的系统，所述试验容器放置器以及母液储备容器固定在系统上部设置的第一隔板上，所述数据传输端口以及测试参数控制平台设置在系统下部的第二隔板上。

6.如权利要求1所述的系统，所述滑动式机械臂进一步包括：第二导轨、第二滑动支撑架以及第二驱动器，其中，

第二导轨，水平固定在第一隔板上的另一侧；

第二滑动支撑架，与第二导轨配合，可沿第二导轨滑动，所述机械臂的另一端水平固定在所述第二滑动支撑架上；

第二驱动器，用于在接收到来自数据传输端口的包含第一位移信息的第一驱动信号后，驱动第二滑动支撑架沿第二导轨滑动所述第一位移，所述第二驱动器与所述第一驱动器的结构和配置相同。

7.如权利要求6所述的系统，所述伸缩式注水器中设置有试验容器位置传感器、第五驱动器以及第六驱动器，其中，

试验容器位置传感器用于感测伸缩式注水器在机械臂上的位置，第五驱动器用于驱动伸缩式注水器沿机械臂滑动，第六驱动器用于驱动伸缩式注水器进行伸缩。

8.如权利要求6所述的系统，所述伸缩式移液器中设置有第三位置传感器、第七驱动器以及第八驱动器，其中，

第三位置传感器用于感测伸缩式移液器在机械臂上的位置，第七驱动器用于驱动伸缩式移液器沿机械臂滑动，第八驱动器用于驱动伸缩式移液器进行伸缩。

9.如权利要求1所述的系统，所述测试参数控制平台包括：信息判断模块、存储模块、温度控制模块、水质参数控制模块、注水器位移控制模块、移液器位移控制模块以及污染物浓度控制模块，其中，

信息判断模块分别与存储模块、温度控制模块、水质参数控制模块、注水器位移控制模块、移液器位移控制模块以及污染物浓度控制模块相连，温度控制模块还与加热器或加热器开关相连，水质参数控制模块还与加氧曝气器相连，注水器位移控制模块还与滑动式机械臂相连，移液器位移控制模块还与滑动式机械臂相连，污染物浓度控制模块还与试验容器、注水器位移控制模块以及移液器位移控制模块相连；

信息判断模块，接收信息，将接收的信息输出至存储模块进行存储；同时，如果接收的信息为水温信息，输出至温度控制模块，如果接收的信息为溶解氧信息，输出至水质参数控制模块，如果接收的信息为注水器位移信息，输出至注水器位移控制模块，如果接收的信息为移液器位移信息，输出至移液器位移控制模块，如果接收的信息为污染物浓度信息，输出至污染物浓度控制模块；

存储模块，存储接收的信息；

温度控制模块，如果接收的水温信息低于预先设置的第一温度阈值，将加热器开关置于导通状态，以使加热器接通电源进行加热；如果水温信息高于预先设置的第二温度阈值，则将加热器开关置于关断状态，以使加热器与电源断开，停止加热；如果水温信息高于第一温度阈值而低于第二温度阈值，不作处理；

水质参数控制模块，如果接收的溶解氧信息低于预先设置的第一溶解氧阈值，则启动加氧曝气器；如果溶解氧信息高于预先设置的第二溶解氧阈值，则关闭加氧曝气器；如果接收的溶解氧信息高于第一溶解氧阈值而低于第二溶解氧阈值，不作处理；

注水器位移控制模块，根据接收的注水器位移信息以及需调节的注水器目标位置信息，计算伸缩式注水器需要移动的位移信息，携带在驱动信号中，通过数据传输端口输出至相应的驱动器；

移液器位移控制模块，根据接收的移液器位移信息以及需调节的移液器目标位置信息，计算伸缩式移液器需要移动的位移信息，携带在驱动信号中，通过数据传输端口输出至相应的驱动器；

污染物浓度控制模块，接收污染物浓度信息，判断接收的浓度信息与初始检测得到的浓度信息之差是否大于预先设置的浓度差阈值，如果是，触发按照预先设置的策略进行换水处理，否则，不作处理。