專利名稱：細胞工廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種細胞培養(yǎng)監(jiān)測技術(shù)的改迸。
背景技術(shù)：
近年來，隨著科技的發(fā)展，特別是細胞培養(yǎng)在生物制藥領(lǐng)域的快速發(fā)展，細胞エ廠是廣泛應(yīng)用的ー種大規(guī)模細胞培養(yǎng)容器，由多層培養(yǎng)皿構(gòu)成，因而針對細胞エ廠進行監(jiān)測觀察的各種顯微儀器不斷出現(xiàn)，然而只能對單ー培養(yǎng)皿進行實時觀察監(jiān)測，目前國內(nèi)對于細胞エ廠多層細胞培養(yǎng)皿大規(guī)模培養(yǎng)進行實時快速、低成本、自動化簡便的顯微監(jiān)測系統(tǒng)還沒有報道。現(xiàn)代生物制藥及疫苗生產(chǎn)企業(yè)亟需ー種快速、低成本、自動化、簡便操作的細胞實時監(jiān)測儀器及監(jiān)測方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種細胞エ廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀，它可快速、低成本、自動化、簡便操作、應(yīng)用長工作距的對細胞實時監(jiān)測。本發(fā)明的技術(shù)方案是由步進電機控制進樣驅(qū)動系統(tǒng)，使細胞培養(yǎng)皿同時進入儀器的照明以及成像系統(tǒng)部分，然后，由高精度冷光源LED燈作為照明系統(tǒng)對細胞培養(yǎng)皿進行照明，然后經(jīng)過斜下方的長工作距顯微鏡頭成像在后方的⑶D上；由CXD成像后的細胞圖像經(jīng)過圖像采集卡、圖像處理設(shè)備進行圖像放大處理后得到較為完善的圖像，圖像呈現(xiàn)在PC顯示器上，細胞圖像可以在顯示器上進行數(shù)據(jù)處理或者進行打印。驅(qū)動系統(tǒng)包括工作臺、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌等部分。其中由水平絲杠、導(dǎo)軌控制培養(yǎng)皿放置臺在前后方向的移動，以此實現(xiàn)培養(yǎng)皿的全方位觀察監(jiān)測；而豎直絲杠、導(dǎo)軌則連接在光學(xué)系統(tǒng)的一端，控制鏡頭和冷光源的上下垂直移動，用來實現(xiàn)同時快速的觀察監(jiān)測多個培養(yǎng)皿中細胞活體狀態(tài)。由PC端輸入移動信號，控制步進電機進行規(guī)律性移動，步進電機連接在培養(yǎng)皿放置臺的底部，帶動培養(yǎng)皿放置臺的旋轉(zhuǎn)及移動，以此來實現(xiàn)培養(yǎng)皿中細胞液的各個部分的全面觀察監(jiān)測。圖像處理系統(tǒng)由CXD相機、圖像采集卡、視頻顯示器、PC計算機、打印機等部分組成。CXD接收來自顯微成像系統(tǒng)的光線，成像在CXD上，通過1391 VGA圖像采集卡對獲取的圖像進行采集處理后輸出到計算機視頻顯示器上。本發(fā)明的有益效果是快速、低成本、自動化、簡便操作、應(yīng)用長工作距的細胞エ廠顯微監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)細胞エ廠多層培養(yǎng)皿中的細胞的快速觀察監(jiān)測。廣泛應(yīng)用于生物制藥行業(yè)領(lǐng)域的細胞實時監(jiān)測。


圖I是儀器結(jié)構(gòu)原理 圖2是進樣驅(qū)動系統(tǒng)原理圖；圖3是控制系統(tǒng)原理 圖4是照明系統(tǒng)原理 圖5是顯微成像系統(tǒng)原理 其中圖5a是低倍物鏡顯微成像系統(tǒng)原理圖；圖5b是高倍物鏡顯微成像系統(tǒng)原理圖； 圖6是圖像處理系統(tǒng)原理圖。圖7是細胞エ廠生物細胞觀察監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式實施例I 如圖7所示，I是視頻顯示器，2人是機交互系統(tǒng)，3是照明光源，4是顯微鏡頭，5是工作臺，6是細胞エ廠，7是細胞エ廠放置臺，8是滾珠絲杠，9是直線導(dǎo)軌。如圖1，為儀器結(jié)構(gòu)原理圖。進樣驅(qū)動系統(tǒng)由步進電機控制細胞培養(yǎng)皿進入儀器的照明及成像系統(tǒng)部分；細胞培養(yǎng)皿進入后，由高精度冷光源LED燈作為照明系統(tǒng)對細胞培養(yǎng)皿進行照明；細胞培養(yǎng)皿被光源照明后經(jīng)過斜下方的長工作距顯微鏡頭成像在后方的CDD上；由CCD成像后的細胞圖像經(jīng)過圖像采集卡、圖像處理設(shè)備進行圖像放大處理后得到較為完善的圖像，圖像呈現(xiàn)在PC顯示器上，細胞圖像可以在顯示器上進行數(shù)據(jù)處理或者進行打印。圖2為進樣驅(qū)動系統(tǒng)原理圖，驅(qū)動系統(tǒng)包括工作臺、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌等部分。其中由水平絲杠、導(dǎo)軌控制培養(yǎng)皿放置臺在前后方向的移動，以此實現(xiàn)培養(yǎng)皿的全方位觀察監(jiān)測；而豎直絲杠、導(dǎo)軌則連接在光學(xué)系統(tǒng)的一端，控制鏡頭和冷光源的上下垂直移動，用來實現(xiàn)同時快速的觀察監(jiān)測多個培養(yǎng)皿中細胞活體狀態(tài)。圖3為控制系統(tǒng)原理圖，培養(yǎng)皿控制系統(tǒng)包括培養(yǎng)皿放置臺、步進電機等部分。由PC端輸入移動信號，控制步進電機進行規(guī)律性移動，步進電機連接在培養(yǎng)皿放置臺的底部，帶動培養(yǎng)皿放置臺的旋轉(zhuǎn)及移動，以此來實現(xiàn)培養(yǎng)皿中細胞液的各個部分的全面觀察監(jiān)測。圖4為照明系統(tǒng)原理圖，本系統(tǒng)的光源采用LED冷光源。圖中I表示照明冷光源，光源發(fā)出的光照射到培養(yǎng)皿2上，使得培養(yǎng)皿上可以均勻照明，光線經(jīng)過培養(yǎng)皿后由顯微成像系統(tǒng)3成像在視頻顯示器4上。冷光源是在電能轉(zhuǎn)換光能的過程中，靠電子原理及螢光粉的作用，只產(chǎn)生很少量的熱能，將更多的電能轉(zhuǎn)換成光能的光源。冷光源的特點是把其他的能量幾乎全部轉(zhuǎn)化為可見光了，其他波長的光很少，而熱光源就不同，除了有可見光外還有大量的紅外光，相當(dāng)一部分能量轉(zhuǎn)化為對照明沒有貢獻的紅外光了。在物體發(fā)光時，它的溫度并不比環(huán)境溫度高，這樣可以保證細胞的活性。圖5為顯微成像系統(tǒng)原理圖。顯微系統(tǒng)包括兩個物鏡，a為低倍物鏡，放大倍率為4X，工作距離140mm，分辨率3um，采用1/3CXD。作用是在培養(yǎng)皿進入觀察區(qū)域后，對細胞液進行全盤掃描，可以達到大致全盤細胞活體狀態(tài)觀察的作用；b為高倍物鏡，放大倍率為10X，工作距離140mm，分辨率3um，采用1/2CXD。當(dāng)利用掃描鏡頭觀察全盤細胞活體后需要對某部分細胞活體進行仔細觀察監(jiān)測時，可以采用此物鏡進行局部再次放大觀察。圖6為圖像處理系統(tǒng)原理圖。由CXD相機、圖像采集卡、視頻顯示器、PC計算機、打印機等部分組成。CXD接收來自顯微成像系統(tǒng)的光線，成像在CXD上，通過1391 VGA圖像采集卡對獲取的圖像進行采集處理后輸出到計算機視頻顯示器上。利用自主設(shè)計的圖像處理軟件在觀察監(jiān)測細胞活體狀態(tài)的同時，可以進行打印、細胞數(shù)目計算等功能。I儀器的操作流程
開機后預(yù)熱5分鐘，將待檢查細胞エ廠6放置在培養(yǎng)皿放置臺7上準備進行觀察監(jiān)測。首先，通過人機互動系統(tǒng)2，操作員輸入相應(yīng)信息，經(jīng)步進電機控制X方向的絲杠8、導(dǎo)軌9將放置好的培養(yǎng)皿組6移動到適合觀察的位置。其次，通過步進電機控制Y方向絲杠8、導(dǎo)軌9調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)3和顯微成像系統(tǒng)4，找到適合觀察的工作距離和工作光照度；調(diào)節(jié)完畢后需要通過手動微調(diào)，在視場中找到細胞圖像最為清晰的ー處。然后，利用CCD相機及視頻顯示器I尋找所需要觀察檢查的細胞活體狀態(tài)圖像，同時還可根據(jù)需要對圖像進行局部放大、縮小，染色，數(shù)目計算，圖像打印等自主研發(fā)功能。最后，通過控制顯微成像系統(tǒng)4的Y方向上下移動可以實現(xiàn)對多層細胞エ廠的快速、準確觀察監(jiān)測，通過對培養(yǎng)皿放置臺7的轉(zhuǎn)動平移，可以實現(xiàn)對全盤的觀察監(jiān)測。
2以40層培養(yǎng)皿的細胞エ廠為例進行監(jiān)測
首先接通儀器電源，預(yù)熱5-8分鐘，整個觀察監(jiān)測過程需要在無菌環(huán)境下進行，以保證細胞的良好生長環(huán)境。操作員需要將待觀察培養(yǎng)皿放置在培養(yǎng)皿放置臺上，在機器完全啟動后，通過人機交互系統(tǒng)操作員將輸入控制信息，信息經(jīng)PC端處理后傳送到步進電機，由步進電機控制水平方向?qū)к墡蛹毎◤S放置臺進行移動達到待觀察監(jiān)測位置。此時，操作員需要手動微調(diào)照明系統(tǒng)、顯微成像系統(tǒng)，在視野中找到較為清晰、完整的細胞圖像。在監(jiān)測過程中涉及兩組顯微鏡頭，分別用于全盤觀察監(jiān)測的低倍鏡頭和局部細節(jié)觀察監(jiān)測的高倍鏡頭。低倍鏡頭采用五點法觀察，即水平移動培養(yǎng)皿對其四角及中心五個位置進行初步觀察監(jiān)測，從而初步的對全盤細胞的生長情況有一定的了解；高倍鏡頭采用光學(xué)和數(shù)碼兩級放大，針對培養(yǎng)皿中局部細節(jié)進行觀察監(jiān)測，更好的了解細胞生長情況。觀察的同時操作員可以通過圖像處理系統(tǒng)對細胞圖像進行實時操作，如編輯、保存、打印等。
權(quán)利要求
1.一種細胞エ廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀，其特征是由步進電機控制進樣驅(qū)動系統(tǒng)，使細胞培養(yǎng)皿同時進入儀器的照明以及成像系統(tǒng)部分，由高精度冷光源LED燈作為照明系統(tǒng)對細胞培養(yǎng)皿進行照明，經(jīng)過斜下方的長工作距顯微鏡頭成像在后方的⑶D上；由CXD成像后的細胞圖像經(jīng)過圖像采集卡、圖像處理設(shè)備進行圖像放大處理后得到較為完善的圖像，圖像呈現(xiàn)在PC顯示器上，細胞圖像可以在顯示器上進行數(shù)據(jù)處理或者進行打印。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種細胞エ廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀，其特征是由水平絲杠、導(dǎo)軌控制培養(yǎng)皿放置臺在前后方向的移動，以此實現(xiàn)培養(yǎng)皿的全方位觀察監(jiān)測；而豎直絲杠、導(dǎo)軌則連接在光學(xué)系統(tǒng)的一端，控制鏡頭和冷光源的上下垂直移動，用來實現(xiàn)同時快速的觀察監(jiān)測多個培養(yǎng)皿中細胞活體狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種細胞エ廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀，其特征是步進電機連接在培養(yǎng)皿放置臺的底部，帶動培養(yǎng)皿放置臺的旋轉(zhuǎn)及移動。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種細胞エ廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀，其特征是CCD接收來自顯微成像系統(tǒng)的光線，成像在CCD上，通過圖像采集卡對獲取的圖像進行采集處理后輸出到計算機視頻顯示器上。
全文摘要
一種細胞工廠中細胞顯微觀察監(jiān)測儀，屬于生物工程技術(shù)領(lǐng)域，其特征是由步進電機控制進樣驅(qū)動系統(tǒng)，使細胞培養(yǎng)皿同時進入儀器的照明以及成像系統(tǒng)部分，由LED燈作為照明系統(tǒng)對細胞培養(yǎng)皿進行照明，經(jīng)過長工作距顯微鏡頭成像在CDD上；由CCD成像后的細胞圖像經(jīng)過圖像采集卡、圖像處理設(shè)備進行圖像放大處理后得到較為完善的圖像，圖像呈現(xiàn)在PC顯示器上。有益效果是快速、低成本、自動化、簡便操作、應(yīng)用長工作距的細胞工廠顯微監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)細胞工廠多層培養(yǎng)皿中的細胞的快速觀察監(jiān)測。廣泛應(yīng)用于生物制藥行業(yè)領(lǐng)域的細胞實時監(jiān)測。
文檔編號C12M1/36GK102827758SQ20121035688
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者于源華, 向陽, 于化東 申請人:長春理工大學(xué)