一种利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统

1.本发明属于化学物质毒性评价技术领域，尤其涉及一种利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。


背景技术：

2.目前，双酚a(bpa)是全球产量最高、使用最广泛的工业化学品之一，也是食品包装行业高产量的化学品。它具有接触机会频繁、剂量累积、潜伏期长等特点，是危害极大的一类污染物。欧洲化学局(echa)于2017年将bpa列入了高度关注物质的候选名单。
3.bpa作为重要的有机化工原料，能赋予塑料制品无色透明、轻巧耐用的特性，被广泛应用于食品和饮料包装、塑料餐具中。随着人口的激增，对塑料制品的消费也不断增加。据报道，2015年全球bpa消费量约为770万公吨，预计到2022年全球对bpa的需求将增加到1060万公吨。许多研究发现，bpa的广泛使用导致环境、食品甚至人体中均有bpa的残留。此外，由于对bpa的严格监管，bps、bpf和bpaf等多种bpa替代物近年来被广泛地应用于工业生产，其环境和人体样本检出率和残留量也呈逐年升高趋势。
4.斑马鱼是一种鲤科硬骨鱼，成鱼体长约4～5cm，是继人类和小鼠之后的第三个完成全基因组测序的脊椎类动物。自20世纪70年代以来，它一直被用作基础研究的模式生物。班马鱼具有易于养殖、体型小(减少了化学物质的使用量)、恒温条件下发育时间较稳定、产卵量大、体外受精、体外发育、胚胎透明易观察、对外界环境反应迅速、易于取样、基因组与人类同源性高，基因数据库较为完善等独特优势，已被广泛应用于基础研究、药物开发、食品安全、环境保护等众多领域，具有良好的研究基础。
5.然而，现有技术并无利用斑马鱼对双酚类物质进行毒性评价的技术；同时现有的双酚类物质的毒性评价方法测试通量低、耗时长、成本高。
6.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术并无利用斑马鱼对双酚类物质进行毒性评价的技术；同时现有的双酚类物质的毒性评价方法测试通量低、耗时长、成本高。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
8.本发明是这样实现的，一种利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统，所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统包括：
9.图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用摄像设备采集清洗后的胚胎的图像；同时利用利用影像设备采集斑马鱼幼鱼的暴露前与暴露后的影像数据；
10.参数设置模块，与中央控制模块连接，用于基于不同的双酚类物质确定对应的浓度、暴露时间相关参数；
11.污染物暴露模块，与中央控制模块连接，用于基于设定的暴露参数向孵化池中暴
露双酚类物质；
12.行为分析模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的幼鱼影像进行幼鱼行为分析；
13.指标提取模块，与中央控制模块连接，用于基于预处理后的胚胎图像、幼鱼图像以及细胞成像数据、自主行为判断结果进行发育指标的提取以及半致死浓度的计算；
14.毒性评价模块，与中央控制模块连接，用于基于提取的发育指标以及计算的半致死浓度评价双酚类物质的毒性。
15.进一步，所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统还包括：
16.水成分检测模块，与中央控制模块连接，用于采集养殖池中的水样本并将进行水样本成分检测；
17.水调节模块，与中央控制模块连接，用于基于水成分检测结果对养殖池中的水质进行调节；
18.参数采集模块，与中央控制模块连接，用于采集养殖池的水温、ph值、盐度、溶解氧水平以及其他参数；
19.中央控制模块，与水成分检测模块、水调节模块、参数采集模块、养殖控制模块、产卵环境调控模块、胚胎处理模块、图像采集模块、孵化控制模块、参数设置模块、污染物暴露模块、细胞图像采集模块、影像预处理模块、行为分析模块、指标提取模块以及毒性评价模块连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
20.养殖控制模块，与中央控制模块连接，用于调控斑马鱼养殖环境的温度、光照以及其他参数进行斑马鱼养殖；
21.产卵环境调控模块，与中央控制模块连接，用于将养殖的斑马雌鱼与斑马雄鱼按比例放置于产卵盒中，并进行产卵盒的光照时间调控；
22.胚胎处理模块，与中央控制模块连接，用于对胚胎进行清洗处理；
23.孵化控制模块，与中央控制模块连接，用于利用孵化液对胚胎进行孵化；并控制孵化的温度、光照时间或相应参数，得到斑马鱼幼鱼；
24.细胞图像采集模块，与中央控制模块连接，用于利用细胞成像仪进行斑马幼鱼暴露前与暴露后的细胞成像；
25.影像预处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的胚胎图像、幼鱼图像以及细胞成像数据进行预处理。
26.进一步，所述养殖控制模块包括：
27.水温调控单元，用于调控养殖池的水温；
28.ph调节单元，用于调控养殖池的ph值；
29.盐度调节单元，用于调控养殖池的盐度；
30.溶解氧水平调节单元，用于调控养殖池的溶解氧水平；
31.氨氮浓度调节单元，用于调控养殖池的氨氮浓度；
32.光照调节单元，用于调节养殖环境的光照数据。
33.进一步，所述发育指标包括：死亡率、孵化率、畸形率、体长、心率、全长以及自主运动频率。
34.进一步，所述行为分析模块基于预处理后的幼鱼影像进行幼鱼行为分析包括以下
步骤：
35.首先，获取预处理后的斑马鱼幼鱼影像；并获取当前全部斑马鱼的游动速度数据以及正常斑马鱼的平均游动速度数据；
36.其次，基于所述正常斑马鱼的平均游动速度数据与当前全部斑马鱼的游动速度数据进行斑马鱼的活跃程度划分；
37.再者，基于预处理后的斑马鱼幼鱼影像确定当前全部斑马鱼的游动距离以及游动持续时长，并分别得到当前斑马鱼的游动距离评价结果与游动持续时长评价结果；
38.最后，结合得到的活跃程度划分结果、游动距离评价结果、游动持续时长评价结果输出幼鱼行为分析结果。
39.进一步，所述基于所述正常斑马鱼的平均游动速度数据与当前全部斑马鱼的游动速度数据进行斑马鱼的活跃程度划分包括：
40.将游动速度大于正常斑马鱼平均游动速度的斑马鱼划分为特别活跃组；
41.将游动速度小于正常斑马鱼平均游动速度，但大于当前全部斑马鱼的平均游动速度的斑马鱼划分为一般活跃组；
42.将游动速度小于当前全部斑马鱼的平均游动速度的斑马鱼划分为不活跃组。
43.进一步，所述分别得到当前斑马鱼的游动距离评价结果与游动持续时长评价结果包括：
44.将当前全部斑马鱼的游动距离以及游动持续时长与正常斑马鱼的游动距离、游动持续时长进行对比，得到当前斑马鱼的游动距离评价结果与游动持续时长评价结果。
45.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
46.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
47.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
48.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
49.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
50.本发明利用斑马鱼能够客观、准确的进行双酚类物质的毒性评价，敏感性高，且测试时间短，成本低，能够为正确评估环境水体的毒性提供技术支撑。
51.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
52.本发明可以弥补水生生物毒性资料的短缺，能够为制定安全的环境影响评价浓度并对其进行生态风险评价与管理提供科学依据。
附图说明
53.图1是本发明实施例提供的利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统结构示意图；
54.图2是本发明实施例提供的养殖控制模块的结构示意图；
55.图3是本发明实施例提供的行为分析模块基于预处理后的幼鱼影像进行幼鱼行为分析的方法流程图；
56.图中：1、水成分检测模块；2、水调节模块；3、参数采集模块；4、中央控制模块；5、养殖控制模块；6、产卵环境调控模块；7、胚胎处理模块；8、图像采集模块；9、孵化控制模块；10、参数设置模块；11、污染物暴露模块；12、细胞图像采集模块；13、影像预处理模块；14、行为分析模块；15、指标提取模块；16、毒性评价模块；51、水温调控单元；52、ph调节单元；53、盐度调节单元；54、溶解氧水平调节单元；55、氨氮浓度调节单元；56、光照调节单元。
具体实施方式
57.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
58.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
59.如图1所示，本发明实施例提供的利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统包括：
60.水成分检测模块1，与中央控制模块4连接，用于采集养殖池中的水样本并将进行水样本成分检测；
61.水调节模块2，与中央控制模块4连接，用于基于水成分检测结果对养殖池中的水质进行调节；
62.参数采集模块3，与中央控制模块4连接，用于采集养殖池的水温、ph值、盐度、溶解氧水平以及其他参数；
63.中央控制模块4，与水成分检测模块1、水调节模块2、参数采集模块3、养殖控制模块5、产卵环境调控模块6、胚胎处理模块7、图像采集模块8、孵化控制模块9、参数设置模块10、污染物暴露模块11、细胞图像采集模块12、影像预处理模块13、行为分析模块14、指标提取模块15以及毒性评价模块16连接，用于利用单片机或控制器控制各个模块正常工作；
64.养殖控制模块5，与中央控制模块4连接，用于调控斑马鱼养殖环境的温度、光照以及其他参数进行斑马鱼养殖；
65.产卵环境调控模块6，与中央控制模块4连接，用于将养殖的斑马雌鱼与斑马雄鱼按比例放置于产卵盒中，并进行产卵盒的光照时间调控；
66.胚胎处理模块7，与中央控制模块4连接，用于对胚胎进行清洗处理；
67.图像采集模块8，与中央控制模块4连接，用于利用摄像设备采集清洗后的胚胎的图像；同时利用利用影像设备采集斑马鱼幼鱼的暴露前与暴露后的影像数据；
68.孵化控制模块9，与中央控制模块4连接，用于利用孵化液对胚胎进行孵化；并控制孵化的温度、光照时间或相应参数，得到斑马鱼幼鱼；
69.参数设置模块10，与中央控制模块4连接，用于基于不同的双酚类物质确定对应的
浓度、暴露时间相关参数；
70.污染物暴露模块11，与中央控制模块4连接，用于基于设定的暴露参数向孵化池中暴露双酚类物质；
71.细胞图像采集模块12，与中央控制模块4连接，用于利用细胞成像仪进行斑马幼鱼暴露前与暴露后的细胞成像；
72.影像预处理模块13，与中央控制模块4连接，用于对采集的胚胎图像、幼鱼图像以及细胞成像数据进行预处理；
73.行为分析模块14，与中央控制模块4连接，用于基于预处理后的幼鱼影像进行幼鱼行为分析；
74.指标提取模块15，与中央控制模块4连接，用于基于预处理后的胚胎图像、幼鱼图像以及细胞成像数据、自主行为判断结果进行发育指标的提取以及半致死浓度的计算；
75.毒性评价模块16，与中央控制模块4连接，用于基于提取的发育指标以及计算的半致死浓度评价双酚类物质的毒性。
76.如图2所示，本发明实施例提供的养殖控制模块5包括：
77.水温调控单元51，用于调控养殖池的水温；
78.ph调节单元52，用于调控养殖池的ph值；
79.盐度调节单元53，用于调控养殖池的盐度；
80.溶解氧水平调节单元54，用于调控养殖池的溶解氧水平；
81.氨氮浓度调节单元55，用于调控养殖池的氨氮浓度；
82.光照调节单元56，用于调节养殖环境的光照数据。
83.本发明实施例提供的发育指标包括：死亡率、孵化率、畸形率、体长、心率、全长以及自主运动频率。
84.如图3所示，本发明实施例提供的行为分析模块基于预处理后的幼鱼影像进行幼鱼行为分析包括以下步骤：
85.s101，获取预处理后的斑马鱼幼鱼影像；并获取当前全部斑马鱼的游动速度数据以及正常斑马鱼的平均游动速度数据；
86.s102，基于所述正常斑马鱼的平均游动速度数据与当前全部斑马鱼的游动速度数据进行斑马鱼的活跃程度划分；
87.s103，基于预处理后的斑马鱼幼鱼影像确定当前全部斑马鱼的游动距离以及游动持续时长，并分别得到当前斑马鱼的游动距离评价结果与游动持续时长评价结果；
88.s104，结合得到的活跃程度划分结果、游动距离评价结果、游动持续时长评价结果输出幼鱼行为分析结果。
89.本发明实施例提供的基于所述正常斑马鱼的平均游动速度数据与当前全部斑马鱼的游动速度数据进行斑马鱼的活跃程度划分包括：
90.将游动速度大于正常斑马鱼平均游动速度的斑马鱼划分为特别活跃组；
91.将游动速度小于正常斑马鱼平均游动速度，但大于当前全部斑马鱼的平均游动速度的斑马鱼划分为一般活跃组；
92.将游动速度小于当前全部斑马鱼的平均游动速度的斑马鱼划分为不活跃组。
93.本发明实施例提供的分别得到当前斑马鱼的游动距离评价结果与游动持续时长
评价结果包括：
94.将当前全部斑马鱼的游动距离以及游动持续时长与正常斑马鱼的游动距离、游动持续时长进行对比，得到当前斑马鱼的游动距离评价结果与游动持续时长评价结果。
95.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
96.本发明的应用实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器实现所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
97.本发明的应用实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
98.本发明的应用实施例提供了一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述利用斑马鱼对双酚类物质的毒性评价系统。
99.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
100.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。