一种AAO基的自然光水环境导入模块

一种aao基的自然光水环境导入模块
技术领域
1.本发明涉及斑马鱼生物技术和光纤导光的技术领域，具体涉及一种aao基的自然光水环境导入模块。

背景技术：

2.斑马鱼因其具有产卵量大、胚胎透明、繁殖周期短、对有毒有害物质高度敏感等特点，近年来常见于水质环境检测。同时，斑马鱼和人类基因相似度高达87％，已经成为国际上生物医学和环境毒理学的标准模式生物，广泛应用于常规毒性试验、分子及细胞生态毒理研究和生物诱导效应检测等多个方面，是重要的生态毒理评价的生物模型。
3.在现有斑马鱼实验室培育中，往往采用人工光源led灯营造光照环境，同时光照条件较为固定，无法根据实验需求和斑马鱼生长发育需求进行调节。然而，越来越多的研究表明，与全波段、随时间动态变化的自然光相比，led灯光具有波长集中在短波且波长固定等缺点，长期暴露下会显著干扰斑马鱼仔鱼的生长发育，引起氧化应激和炎症反应。长期固定不变的光照环境也与现实差距较大，忽略了光环境本身的季节差异和城市光污染等动态变化因素，使得基于斑马鱼模型的生态风险评价的现实参考价值被大大削弱。因此，如何在斑马鱼实验中建立更贴合实际、更减少人工干扰的光环境，同时增加光照的可调节性，是亟待解决的关键技术问题。

技术实现要素：

4.本发明提出的一种通过自然光接收端实时采集外界自然光，并经由光纤传入斑马鱼培育水缸中、甚至是水面以下，通过aao基耦合的光纤输出端调节自然光位置和光照参数的aao基的自然光水环境导入模块。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种aao基的自然光水环境导入模块，包括自然光接收端、光纤导入装置和斑马鱼恒温培育水缸；所述自然光接收端包括上开口的聚光透镜和小型太阳能板；所述小型太阳能板设置在上开口的聚光透镜底部的中心；所述小型太阳能板通过光纤导入装置连接马鱼恒温培育水缸，所述光纤导入装置的一端设置在斑马鱼恒温培育水缸的水面下，将自然光引入斑马鱼恒温培育水缸内。
7.优选地，所述自然光接收端还包括旋转跟踪机械装置和光照传感器；所述旋转跟踪机械装置设置在聚光透镜的底部，所述光照传感器设置在聚光透镜的中心并位于旋转跟踪机械装置上方，所述旋转跟踪机械装置和光照传感器相连，所述小型太阳能板设置在旋转跟踪机械装置和光照传感器之间，所述光照传感器实时感知太阳方位，驱动旋转跟踪机械装置定向追踪自然光。
8.优选地，所述光纤导入装置包括导光光纤、转换器和aao基光纤输出端；所述导光光纤的输入端连接聚光透镜，所述导光光纤的输出端延伸至斑马鱼恒温培育水缸内部并通过转换器和光纤输出端连接aao基光纤输出端。
9.优选地，所述aao基光纤输出端包括多孔氧化铝模板，所述多孔氧化铝模板偶联至光纤输出端。
10.优选地，所述多孔氧化铝模板的孔径大小和厚度可以更换，实现对引入自然光光强的调节。
11.优选地，所述多孔氧化铝模板的孔径采用500-5000nm。
12.优选地，所述光纤导入装置还包括光纤调控滑轨，所述光纤调控滑轨与斑马鱼恒温培育水缸中的导光光纤连接；所述斑马鱼恒温培育水缸的顶部设有智能控制器，通过智能控制器控制导光光纤在光纤调控滑轨中移动，实现改变aao基自然光输出端在水中横向、纵向的位置，以及在水下的深度。
13.优选地，所述斑马鱼恒温培育水缸的内侧壁上电子温度计，所述电子温度计设置在水面以下。
14.优选地，所述斑马鱼恒温培育水缸包括内壳体和外壳体，所述内壳体和外壳体之间设有发热管和保温材料；所述发热管一端与小型太阳能板连接用于接收小型太阳能板的能量输送，所述发热管另一端与电子温度计相连，所述斑马鱼恒温培育水缸的一侧设有恒温控制电路板，所述发热管与恒温控制电路板和智能控制器的电源控制连接。
15.优选地，所述斑马鱼恒温培育水缸的侧壁上设有至少两个水下照度仪；所述恒温控制电路板与水下照度仪电源连接，所述水下照度仪通过无线连接远程计算机，所述水下照度仪用于检测不同深度的水下光照并将将照度数据实时传送至计算机。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1、本发明借助光纤将自然光引入至斑马鱼培育环境中，使实验室光照条件随着外界环境发生动态变化，解决了当前斑马鱼培育大多为人工光源且光照固定，不利于仔鱼正常生长发育的技术问题，为当前基于斑马鱼模型的生物医学和环境毒理学实验去除了人工光照的负向干扰。
18.2、本发明通过aao基材料制备与光纤耦合手段，实现对光照多个层次的调节。光纤输出的光照通过不同大小的aao基材料，从而引入不同光强的自然光，以满足特定阶段的斑马鱼生长发育光照需求；输出自然光的位置受光纤调控滑轨、转换器和智能控制器联合控制，进而实现自然光在横向、纵向不同位置的点光源照射，以满足斑马鱼行为学测试需求(如避光、沉底实验等)；可实现将太阳光引入水面以下，同时照明深度可调节。
19.3、本发明可直接用于当前城市光污染研究，特别是夜间光污染。如今光污染成为饱受关注的新型环境问题，而当前相关实验室研究仍较为粗糙，难以对夜间微光的照度和波长进行精准模拟，往往只是在夜间固定照射一段时间的特定波长光(通常为蓝光或白光)。若夜间正常打开本装置光接收端，则也可以采集夜间城市光，实时传输至斑马鱼培育水箱进行暴露，提供便捷的光污染模拟方式。
20.4、进一步的，通过自然光接收端中光照传感器和旋转跟踪机械装置的协同作用，本发明可以实时动态改变装置采光方向。同时，光照采集零耗能，太阳能的充分吸收也可以供给斑马鱼培育水缸进行恒温控制。
附图说明
21.图1为本发明提出的一种aao基的自然光水环境导入模块的结构示意图；
22.图2为本发明提出的一种aao基的自然光水环境导入模块中自然光接收端的结构示意图；
23.图3为本发明提出的一种aao基的自然光水环境导入模块中 aao基光纤输出端的结构示意图；
24.图4为本发明提出的一种aao基的自然光水环境导入模块中斑马鱼恒温培育水缸的内部结构示意图。
25.图中标号如下：
26.1、旋转跟踪机械装置；2、光照传感器；3、聚光透镜；4、小型太阳能板；5、自然光接收端；6、导光光纤；7、aao基光纤输出端； 8、多孔氧化铝模板；9、光纤末端；10、光纤调控滑轨；11、转换器； 12、智能控制器；13、斑马鱼恒温培育水缸；14、电子温度计；15、恒温控制电路板；16、水下照度仪；17、发热管。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
28.实施例一
29.如图1至图3所示，为本发明提供的一种aao基的自然光水环境导入模块，包括自然光接收端5、导光光纤6、aao基光纤输出端7和斑马鱼恒温培育水缸13；所述自然光接收端5包括旋转跟踪机械装置1、光照传感器2、聚光透镜3和小型太阳能板4；所述aao基光纤输出端7包括多孔氧化铝8、光纤末端9、光纤调控滑轨10和转换器11；所述斑马鱼恒温培育水缸13包括电子温度计14、恒温控制电路板15、智能控制器12、水下照度仪16和发热管17；
30.旋转跟踪机械装置1位于自然光接收端5底部，光照传感器2位于旋转跟踪机械装置1上方、自然光接收端5中央，聚光透镜3环绕光照传感器进行布置，小型太阳能板4夹在旋转跟踪机械装置1和光照传感器2中间；所述光照传感器2感受到自然光方位后发送信号至旋转跟踪机械装置1，旋转跟踪机械装置1旋转角度实现自动跟踪的主动式采集自然光，同时光照传感器2受智能控制器12控制；所述聚光透镜3可由多个小聚光透镜组合而成，种类为菲涅尔透镜或石英透镜，可视具体实施情况而定，聚光透镜3汇聚自然光并耦合进入导光光纤6中；所述小型太阳能板4兼具吸收和存储太阳能效果，与发热管17电路相连，且受智能控制器12控制；所述自然光接收端5可安装在房屋顶部或墙壁侧壁，安装应注意避免周围反射光干扰；
31.本发明中描述的导光光纤6是采用全反射的原理进行零能耗光传导，每一根导光光纤6对应一枚聚光透镜3，中间不发生能量转换；所述导光光纤6导入的自然光没有改变太阳管的光谱形态，没有出现人工光源常见的光谱谱线缺失或不同波长比例严重不均衡等问题，因而减少了照明对生物生长发育的潜在危害；所述导光光纤6的末端即为所述aao基光纤输出端7；
32.aao基光纤输出端7采用多孔氧化铝模板8，多孔氧化铝模板8 采用二次氧化法制备，其制备方式如下：
33.s1：将高纯度铝片作为基底，并对其进行脱脂和表面去污处理。
34.s2：在500ml烧杯中加入抛光液400ml，其中高氯酸和乙醇的体积比为1：4，加入磁
力珠充分使得混合更为均匀。
35.s3：将高纯度铝片作为阳极，石墨作为阴极进行电抛光，水浴反应温度为7℃，电压为20v，反应时间为3min。
36.s4：将草酸溶液作为电解液对抛光后的铝片进行阳极氧化过程，电压为60v，一次氧化时间为4小时。
37.s5：清洗第一次阳极氧化后得到的氧化铝模板，在磷酸和铬酸的混合溶液中除去生成的氧化膜。
38.s6：再进行二次氧化，铝片重新置入草酸电化学反应液中，得到高度有序的纳米级多孔阳性氧化铝模板，即aao基模板(即多孔氧化铝模板8)，多孔氧化铝模板8的孔径为500-5000nm，优选为 1000nm。
39.s7：利用机械粉碎或球磨机研磨aao基模板30min，得到厚度约为100-1000μm的多孔aao基材料，优选为200μm。
40.s8：采用硅烷偶联剂将不同厚度的aao基材料(即多孔氧化铝模板8)偶联至光纤末端9，制成aao基厚度分别约为100、200、 300、400、500、600、700、800、900和1000μm的梯度性差异aao 基光纤输出端7，使得透过aao基的自然光光强可调节，以满足特定阶段的斑马鱼生长发育光照需求。
41.进一步，aao基光纤输出端7可以根据具体实验需求，改变自然光光强、位置和深度，其中输出光照的位置受所述光纤调控滑轨 10、转换器11和智能控制器12联合控制。所述导光光纤6在斑马鱼恒温培育水缸13中的部分被卡入光纤调控滑轨10中，智能控制器 12调控导光光纤6在光纤调控滑轨10中的横向、纵向移动，进而实现aao基光纤输出端7在不同位置的点光源照射，以满足斑马鱼行为学测试需求(如避光、沉底实验等)；智能控制器12调控转换器 11，将所选择的特定光纤末端9从转换器11的圆孔中伸出，从而切换偶联不同大小多孔氧化铝8的光纤末端9进行照明，实现对光强的调节；
42.进一步，智能控制器12控制aao基光纤输出端7上下伸缩，并探入水中。光线进入水体后会随着深度不断衰弱，光照强度不断降低，这也被称为光衰弱现象。当水体污染、水质环境发生改变时，水体的透明度相应变化，进而干扰水下光衰弱进程，最终影响水中生物所处光场。所述aao基光纤输出端7将自然光引入水面a以下，可以减少水质透明度、水体表面变化对于水下生物采光的影响，保障光照需求。
43.进一步，斑马鱼恒温培育水缸13缸内侧壁安装两个水下照度仪 16，分别用于检测不同深度的水下光照，具体固定深度可根据实验需求而定；所述水下照度仪16与恒温控制电路板15相连，在无线网络联通背景下，水下照度仪16可以将照度数据实时传送至计算机，进而可以分析水下照度变化与斑马鱼生长发育之间的相关性。
44.进一步，斑马鱼恒温培育水缸13包括内壳体和外壳体，内、外壳体中间间隙铺设有发热管17和保温材料，发热管17主要铺设在斑马鱼恒温培育水缸13的侧壁和底部；所述斑马鱼恒温培育水缸13的内、外壳体均采用不锈钢材质，外壳体表面覆有保温绝热材料；所述发热管17一端接收小型太阳能板4的能量输送，另一端与电子温度计14相连，并受恒温控制电路板15和智能控制器12控制；所述电子温度计14固定于斑马鱼恒温培育水缸13缸内侧壁水面a以下，用于实时检测斑马鱼养殖水温度，如果温度低于适宜温度范围，发热管17将启动并加热；如果温度高于适宜温度范围，发热管将关闭直至水体温度冷却下降。
45.进一步，光纤导线6的外围包裹有不锈钢钢管和外围保护套以防止雨水腐蚀、保障电路安全。
46.以下表1为使用模块与否的光强对比：
47.表1
[0048][0049]
实施例二
[0050]
本实施例二是在实施例一的基础上，用来动态检测夜间光污染对生物的潜在健康危害。城市中道路路灯及商业牌匾的过度量化导致夜晚亮如白昼，夜间光污染对生态和人体健康的潜在风险近年来成为研究热点。与夜行性老鼠模型相比，斑马鱼作为昼行性动物，其相关毒理实验被认为对人类健康而言具有独特的参考价值。然而，现有斑马鱼光照装置常见光照设置极端化、光照固定无动态变化等缺陷，无法准确模拟城市夜间光污染场景。本发明一种aao基的自然光水环境导入模块则可在本实施例中针对性解决这一技术难题。
[0051]
在实施例二中，智能控制器12可以控制整个装置的开关，并与光照传感器2相连，当光照传感器2感知的环境光照低于所设阈值时，判定外界环境由白天进入夜晚，反之重新超过阈值时，则由夜晚进入白天；进一步的，为导入夜间环境光照，智能控制器12控制装置保持工作状态，即自然光接收端5采集夜间光照并通过导光光纤6将动态夜间光污染情况导入斑马鱼恒温培育水缸13中，实现光污染暴露。然而，当如实例1中所述以正常培育斑马鱼为目的时，则可以通过智能控制器12在夜间关闭装置，使光照传感器2感知光线进入夜间状态后停止采光，从而在保障白天自然光照的同时保护斑马鱼生长发育免受夜间光污染干扰。
[0052]
本发明通过自然光光纤导入方式使斑马鱼实验室培育模拟外界真实光环境，同时通过aao基材料制备使得自然光具备可调节性，进而服务于基于斑马鱼模型的各项生物医药、环境毒理实验。
[0053]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0054]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0055]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，包括自然光接收端(5)、光纤导入装置和斑马鱼恒温培育水缸(13)；所述自然光接收端(5)包括上开口的聚光透镜(3)和小型太阳能板(4)；所述小型太阳能板(4)设置在上开口的聚光透镜(3)底部的中心；所述小型太阳能板(4)通过光纤导入装置连接马鱼恒温培育水缸(13)，所述光纤导入装置的一端设置在斑马鱼恒温培育水缸(13)的水面下，将自然光引入斑马鱼恒温培育水缸(13)内。2.根据权利要求1所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述自然光接收端(5)还包括旋转跟踪机械装置(1)和光照传感器(2)；所述旋转跟踪机械装置(1)设置在聚光透镜(3)的底部，所述光照传感器(2)设置在聚光透镜(3)的中心并位于旋转跟踪机械装置(1)上方，所述旋转跟踪机械装置(1)和光照传感器(2)相连，所述小型太阳能板(4)设置在旋转跟踪机械装置(1)和光照传感器(2)之间，所述光照传感器(2)实时感知太阳方位，驱动旋转跟踪机械装置(1)定向追踪自然光。3.根据权利要求1所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述光纤导入装置包括导光光纤(6)、转换器(11)和aao基光纤输出端(7)；所述导光光纤(6)的输入端连接聚光透镜(3)，所述导光光纤(6)的输出端延伸至斑马鱼恒温培育水缸内部并通过转换器(11)和光纤输出端(9)连接aao基光纤输出端(7)。4.根据权利要求3所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述aao基光纤输出端(7)包括多孔氧化铝模板(8)，所述多孔氧化铝模板(8)偶联至光纤输出端(9)。5.根据权利要求4所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述多孔氧化铝模板(8)的孔径大小和厚度可以更换，实现对引入自然光光强的调节。6.根据权利要求4所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述多孔氧化铝模板(8)的孔径采用500-5000nm。7.根据权利要求1所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述光纤导入装置还包括光纤调控滑轨(10)，所述光纤调控滑轨(10)与斑马鱼恒温培育水缸(13)中的导光光纤(6)连接；所述斑马鱼恒温培育水缸(13)的顶部设有智能控制器(12)，通过智能控制器(12)控制导光光纤(6)在光纤调控滑轨(10)中移动，实现改变aao基自然光输出端(7)在水中横向、纵向的位置，以及在水下的深度。8.根据权利要求6所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述斑马鱼恒温培育水缸(13)的内侧壁上电子温度计(14)，所述电子温度计(14)设置在水面以下。9.根据权利要求7所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述斑马鱼恒温培育水缸(13)包括内壳体和外壳体，所述内壳体和外壳体之间设有发热管(17)和保温材料；所述发热管(17)一端与小型太阳能板(4)通过电路连接，用于接收小型太阳能板(4)的能量输送，所述发热管(17)另一端与电子温度计(14)相连，所述斑马鱼恒温培育水缸(13)的一侧设有恒温控制电路板(15)，所述发热管(17)与恒温控制电路板(15)和智能控制器(12)的电源控制连接。10.根据权利要求7所述的一种aao基的自然光水环境导入模块，其特征在于，所述斑马鱼恒温培育水缸(13)的侧壁上设有至少两个水下照度仪(16)；所述恒温控制电路板(15)与水下照度仪(16)电源连接，所述水下照度仪(16)通过无线连接远程计算机，所述水下照度仪(16)用于检测不同深度的水下光照并将将照度数据实时传送至计算机。

技术总结

本发明公开了一种AAO基的自然光水环境导入模块，属于光纤传感技术和斑马鱼生物技术领域，包括自然光接收端、光纤导入、AAO基自然光输出端和斑马鱼恒温培育水缸，所述自然光接收端与所述光纤导入装置相连，并将自然光引入所述斑马鱼恒温培育水缸水面A以下，所述AAO基为多孔氧化铝模板，孔径为100-300nm，制备后偶联至光纤输出端，实现自然光的位置和光强可调节性。本发明通过自然光光纤导入方式使斑马鱼实验室培育模拟外界真实光环境，同时通过AAO基材料制备使得自然光具备可调节性，进而服务于基于斑马鱼模型的各项生物医药、环境毒理实验。验。验。