用水蚤“心跳”读毒性…连低浓度污染也能捕捉[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 21 Apr.2026 11:55(KST)

KRISS开发每小时可分析150只样本的系统…提升环境安全性评估精度

能够在早期捕捉环境有害物质“微弱毒性信号”的技术已经问世。这是一种连以往试验方法难以识别的低浓度毒性也能读出的新方式。

韩国标准科学研究院（KRISS）21日表示，研究团队开发出了自动测量和分析水蚤心率的毒性评价系统。该系统每小时可同时处理约150只水蚤的数据，大幅提高了分析精度，克服了传统试验方法依赖少数个体平均值的局限。

将固定水蚤后，通过高速成像测量心跳，并分析大量个体的心率分布以评估毒性反应的示意图。图中显示，心率会随氧化铜纳米颗粒浓度变化而改变，证明即使是以往试验方法难以检测的低浓度毒性也能加以确认。研究团队供图

水蚤因躯体透明、重复性高，是水生环境毒性评价中广泛使用的代表性生物。然而，目前作为国际标准试验方法的经济合作与发展组织（OECD）“水蚤急性毒性试验（202）”是通过肉眼判断游泳受阻与否的方式来进行，因此根据实验人员不同，结果会出现偏差，而且在捕捉低浓度毒性方面存在局限。

KRISS在毒性评估研究中使用的水蚤显微镜照片。研究团队供图

为精确测量水蚤快速的心脏跳动，研究团队将高速成像与信号分析技术相结合。具体做法是，将水蚤固定在棉织物上，对其心脏部位进行拍摄，并提取反复出现的明暗变化信号，自动计算心率。

该系统能够实时分析每秒6至8次左右的心跳，并即时处理测量数据，对毒性反应进行定量评价。尤其是通过同时分析多只个体的心率分布，还可以捕捉到个体之间微小的反应差异。

在实际实验中，研究团队大规模采集并分析了暴露于有毒物质条件下的心率变化数据，成功检出以往方法难以确认的低浓度、非致死性毒性反应。

利用多只水蚤心率的环境毒性及纳米物质毒性评估系统的开发研究团队。前排起按顺时针方向依次为KRISS高级研究员 Kwon Ikhwan、首席研究员 Lee Taegul、首席研究员 Lee Sangwon。KRISS供图

研究团队预计，这项技术有望用于河流、湖泊等水生态系统中化学物质和纳米材料危害性的评价。同时，由于设备结构相对简单，也被认为是一大优势，可适用于多种研究环境。

KRISS高级研究员 Kwon Ikhwan 表示：“本系统是一项提升水生环境毒性评价精度的技术”，并称“今后不仅将其应用于纳米物质，还将拓展到心脏类器官等类人体模型”。

本研究由韩国标准科学研究院与KIST欧洲研究所联合开展，研究结果已发表于环境领域学术期刊《Journal of Hazardous Materials》。预计今后将在应对环境监管以及纳米材料安全性评价等方面得到更广泛的应用。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。