专利名称：细胞工厂中细胞显微观察监测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于生物工程技术领域，涉及ー种细胞培养监测技术的改迸。
背景技术：
近年来，随着科技的发展，特别是细胞培养在生物制药领域的快速发展，细胞エ厂是广泛应用的ー种大规模细胞培养容器，由多层培养皿构成，因而针对细胞エ厂进行监测观察的各种显微仪器不断出现，然而只能对单ー培养皿进行实时观察监测，目前国内对于细胞エ厂多层细胞培养皿大規模培养进行实时快速、低成本、自动化简便的显微监测系统还没有报道。现代生物制药及疫苗生产企业亟需ー种快速、低成本、自动化、简便操作的细胞实时监测仪器及监测方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种细胞エ厂中细胞显微观察监测仪，它可快速、低成本、自动化、简便操作、应用长工作距的对细胞实时监測。本发明的技术方案是由步进电机控制进样驱动系统，使细胞培养皿同时进入仪器的照明以及成像系统部分，然后，由高精度冷光源LED灯作为照明系统对细胞培养皿进行照明，然后经过斜下方的长工作距显微镜头成像在后方的⑶D上；由CXD成像后的细胞图像经过图像采集卡、图像处理设备进行图像放大处理后得到较为完善的图像，图像呈现在PC显示器上，细胞图像可以在显示器上进行数据处理或者进行打印。驱动系统包括工作台、滚珠丝杠、直线导轨等部分。其中由水平丝杠、导轨控制培养皿放置台在前后方向的移动，以此实现培养皿的全方位观察监测；而竖直丝杠、导轨则连接在光学系统的一端，控制镜头和冷光源的上下垂直移动，用来实现同时快速的观察监测多个培养皿中细胞活体状态。由PC端输入移动信号，控制步进电机进行规律性移动，步进电机连接在培养皿放置台的底部，带动培养皿放置台的旋转及移动，以此来实现培养皿中细胞液的各个部分的全面观察监测。图像处理系统由CXD相机、图像采集卡、视频显示器、PC计算机、打印机等部分组成。CXD接收来自显微成像系统的光线，成像在CXD上，通过1391 VGA图像采集卡对获取的图像进行采集处理后输出到计算机视频显示器上。本发明的有益效果是快速、低成本、自动化、简便操作、应用长工作距的细胞エ厂显微监测系统，实现细胞エ厂多层培养皿中的细胞的快速观察监測。广泛应用于生物制药行业领域的细胞实时监測。
图I是仪器结构原理 图2是进样驱动系统原理图；图3是控制系统原理 图4是照明系统原理 图5是显微成像系统原理 其中图5a是低倍物镜显微成像系统原理图；图5b是高倍物镜显微成像系统原理图； 图6是图像处理系统原理图。图7是细胞エ厂生物细胞观察监测仪结构图。
具体实施例方式实施例I 如图7所示，I是视频显示器，2人是机交互系统，3是照明光源，4是显微镜头，5是工作台，6是细胞エ厂，7是细胞エ厂放置台，8是滚珠丝杠，9是直线导轨。如图1，为仪器结构原理图。进样驱动系统由步进电机控制细胞培养皿进入仪器的照明及成像系统部分；细胞培养皿进入后，由高精度冷光源LED灯作为照明系统对细胞培养皿进行照明；细胞培养皿被光源照明后经过斜下方的长工作距显微镜头成像在后方的CDD上；由CCD成像后的细胞图像经过图像采集卡、图像处理设备进行图像放大处理后得到较为完善的图像，图像呈现在PC显示器上，细胞图像可以在显示器上进行数据处理或者进行打印。图2为进样驱动系统原理图，驱动系统包括工作台、滚珠丝杠、直线导轨等部分。其中由水平丝杠、导轨控制培养皿放置台在前后方向的移动，以此实现培养皿的全方位观察监测；而竖直丝杠、导轨则连接在光学系统的一端，控制镜头和冷光源的上下垂直移动，用来实现同时快速的观察监测多个培养皿中细胞活体状态。图3为控制系统原理图，培养皿控制系统包括培养皿放置台、步进电机等部分。由PC端输入移动信号，控制步进电机进行规律性移动，步进电机连接在培养皿放置台的底部，带动培养皿放置台的旋转及移动，以此来实现培养皿中细胞液的各个部分的全面观察监測。图4为照明系统原理图，本系统的光源采用LED冷光源。图中I表示照明冷光源，光源发出的光照射到培养皿2上，使得培养皿上可以均匀照明，光线经过培养皿后由显微成像系统3成像在视频显示器4上。冷光源是在电能转换光能的过程中，靠电子原理及萤光粉的作用，只产生很少量的热能，将更多的电能转换成光能的光源。冷光源的特点是把其他的能量几乎全部转化为可见光了，其他波长的光很少，而热光源就不同，除了有可见光外还有大量的红外光，相当一部分能量转化为对照明没有贡献的红外光了。在物体发光时，它的温度并不比环境温度高，这样可以保证细胞的活性。图5为显微成像系统原理图。显微系统包括两个物镜，a为低倍物镜，放大倍率为4X，工作距离140mm，分辨率3um，采用1/3CXD。作用是在培养皿进入观察区域后，对细胞液进行全盘扫描，可以达到大致全盘细胞活体状态观察的作用；b为高倍物镜，放大倍率为10X，工作距离140mm，分辨率3um，采用1/2CXD。当利用扫描镜头观察全盘细胞活体后需要对某部分细胞活体进行仔细观察监测时，可以采用此物镜进行局部再次放大观察。图6为图像处理系统原理图。由CXD相机、图像采集卡、视频显示器、PC计算机、打印机等部分组成。CXD接收来自显微成像系统的光线，成像在CXD上，通过1391 VGA图像采集卡对获取的图像进行采集处理后输出到计算机视频显示器上。利用自主设计的图像处理软件在观察监测细胞活体状态的同时，可以进行打印、细胞数目计算等功能。I仪器的操作流程
开机后预热5分钟，将待检查细胞エ厂6放置在培养皿放置台7上准备进行观察监測。首先，通过人机互动系统2，操作员输入相应信息，经步进电机控制X方向的丝杠8、导轨9将放置好的培养皿组6移动到适合观察的位置。其次，通过步进电机控制Y方向丝杠8、导轨9调节照明系统3和显微成像系统4，找到适合观察的工作距离和工作光照度；调节完毕后需要通过手动微调，在视场中找到细胞图像最为清晰的ー处。然后，利用CCD相机及视频显示器I寻找所需要观察检查的细胞活体状态图像，同时还可根据需要对图像进行局部放大、縮小，染色，数目计算，图像打印等自主研发功能。最后，通过控制显微成像系统4的Y方向上下移动可以实现对多层细胞エ厂的快速、准确观察监测，通过对培养皿放置台7的转动平移，可以实现对全盘的观察监測。
2以40层培养皿的细胞エ厂为例进行监测
首先接通仪器电源，预热5-8分钟，整个观察监测过程需要在无菌环境下进行，以保证细胞的良好生长环境。操作员需要将待观察培养皿放置在培养皿放置台上，在机器完全启动后，通过人机交互系统操作员将输入控制信息，信息经PC端处理后传送到步进电机，由步进电机控制水平方向导轨带动细胞エ厂放置台进行移动达到待观察监测位置。此时，操作员需要手动微调照明系统、显微成像系统，在视野中找到较为清晰、完整的细胞图像。在监测过程中涉及两组显微镜头，分别用于全盘观察监测的低倍镜头和局部细节观察监测的高倍镜头。低倍镜头采用五点法观察，即水平移动培养皿对其四角及中心五个位置进行初步观察监测，从而初步的对全盘细胞的生长情况有一定的了解；高倍镜头采用光学和数码两级放大，针对培养皿中局部细节进行观察监测，更好的了解细胞生长情况。观察的同时操作员可以通过图像处理系统对细胞图像进行实时操作，如编辑、保存、打印等。
权利要求
1.一种细胞エ厂中细胞显微观察监测仪，其特征是由步进电机控制进样驱动系统，使细胞培养皿同时进入仪器的照明以及成像系统部分，由高精度冷光源LED灯作为照明系统对细胞培养皿进行照明，经过斜下方的长工作距显微镜头成像在后方的⑶D上；由CXD成像后的细胞图像经过图像采集卡、图像处理设备进行图像放大处理后得到较为完善的图像，图像呈现在PC显示器上，细胞图像可以在显示器上进行数据处理或者进行打印。
2.如权利要求I所述的ー种细胞エ厂中细胞显微观察监测仪，其特征是由水平丝杠、导轨控制培养皿放置台在前后方向的移动，以此实现培养皿的全方位观察监测；而竖直丝杠、导轨则连接在光学系统的一端，控制镜头和冷光源的上下垂直移动，用来实现同时快速的观察监测多个培养皿中细胞活体状态。
3.如权利要求I所述的ー种细胞エ厂中细胞显微观察监测仪，其特征是步进电机连接在培养皿放置台的底部，带动培养皿放置台的旋转及移动。
4.如权利要求I所述的ー种细胞エ厂中细胞显微观察监测仪，其特征是CCD接收来自显微成像系统的光线，成像在CCD上，通过图像采集卡对获取的图像进行采集处理后输出到计算机视频显示器上。
全文摘要
一种细胞工厂中细胞显微观察监测仪，属于生物工程技术领域，其特征是由步进电机控制进样驱动系统，使细胞培养皿同时进入仪器的照明以及成像系统部分，由LED灯作为照明系统对细胞培养皿进行照明，经过长工作距显微镜头成像在CDD上；由CCD成像后的细胞图像经过图像采集卡、图像处理设备进行图像放大处理后得到较为完善的图像，图像呈现在PC显示器上。有益效果是快速、低成本、自动化、简便操作、应用长工作距的细胞工厂显微监测系统，实现细胞工厂多层培养皿中的细胞的快速观察监测。广泛应用于生物制药行业领域的细胞实时监测。
文档编号C12M1/36GK102827758SQ20121035688
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者于源华, 向阳, 于化东 申请人:长春理工大学