生物成像仪的制作方法

本实用新型涉及生物快速检测技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种生物成像仪。

背景技术：

随着社会的进步和科技的发展，在生命科学、食品药品监测、制药制水、环境安全等领域中，都亟待解决稀有细胞或痕量病原微生物的快速实时检测问题，从而保证一些重大疾病的早期诊断与治疗，食品、药品、水质、空气等的质量与安全。目前针对稀有细胞或痕量病原微生物的检测方法主要有经典的平板培养计数法、显微荧光计数法和当前热门的流式细胞术。平板计数法计数准确，可靠度高，成本低，但因需进行细菌培养，检测速度慢，时间可长达48～72小时，不能满足特定场合的快速、实时性要求，同时，有些细菌的培养条件苛刻，当生长环境，如温度、营养物组成发生改变时，一些细菌会进入一种“活的不可培养”状态，导致计数结果不准确。显微荧光计数法是先对目标物品进行染色处理后，置于荧光显微镜中进行观测，手动计数的方法。该方法检测时间较长，观测中存在较明显的离焦情况，一次所能观测的区域也较小，且手动计数存在很多不确定性，计数结果准确度不高。流式细胞术是利用将标本预处理后，制成单细胞悬浮液，再进行具有特异性的、化学定量关系的染色后，悬浮液进入流动室，通过用激光激发，测定散射光和荧光，实现细菌形态及各种成分的检测。流式细胞术具有速度快，多参数检测的优点，但要求被测物浓度在几百到几千数量级，对于痕量微生物计数检测误差很大。

申请号为CN201510937267.8和CN201510932041.9的专利分别提出一种痕量微生物的检测方法和检测系统——利用荧光染料对目标微生物进行标记；用无自发荧光的滤膜和换膜过滤器对样本溶液进行过滤，将目标微生物截留在滤膜上；然后通过对滤膜的荧光信号采集和激光扫描得出滤膜的目标微生物分布的二维图像和目标微生物的计数结果。

但是，此种方式扫描是遍历式，即需要在二维方向上逐行或者逐列进行扫描成像或者计数，而且需人工判读，从而无法实现大批量检测样本的快速而精确检测。另外，传统生物成像仪的大视场成像与高分辨成像难以兼顾，很难实现稀有细胞或痕量病原微生物的大视场高分辨成像、特异性标记及自动快速检测。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种生物成像仪，实现同时兼顾大视场成像和高分辨率成像，完成稀有细胞或痕量微生物的大批量、快速、精确地识别与检测。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型提供一种生物成像仪，包括：平台，其上放置有透明的载片；样本供给装置，其用于向所述载片供给具有荧光标记的样本溶液；推片装置，其位于所述载片上方，用于推动所述样本溶液使其细胞单层平铺于所述载片；载玻片，其嵌设于所述平台上，用于透明承载平铺有所述单层样本细胞后的所述载片；大视场成像装置，其位于所述载玻片下方，用于照射平铺有单层样本细胞的所述载片、若干次反射所述单层样本细胞的荧光以及阵列探测经若干次反射的所述单层样本细胞的荧光以输出所述载片的大视场图像；显微成像装置，其位于所述载玻片上方，用于照射所述载片并对所述载片上所述单层样本细胞进行显微成像；以及，控制器，其分别通信连接到所述样本供给装置、所述推片装置、所述大视场成像装置以及所述显微成像装置。

优选的是，所述推片装置包括：若干个沿竖直方向倾斜的推片，若干个所述推片水平并列设于所述载片上方；以及，三维移动平台，其连接到所述推片和所述控制器，所述控制器驱动所述三维移动平台推动所述推片沿三维方向运动；其中，每个所述推片设有贯穿的注入孔；所述样本溶液经所述注入孔到达所述载片上。

优选的是，所述推片装置还包括：行程开关，其用于限制所述推片水平一方向的运动行程；所述行程开关设立于所述载片远离所述三维移动平台的一侧。

优选的是，所述生物成像仪还包括位于所述平台下方的废液收纳装置，所述废液收纳装置包括：收纳罐，其位于所述平台下方；收纳槽，其贯通设于所述行程开关与所述载片之间的平台上；以及，收纳管，其密封连通于所述收纳槽下方与所述收纳罐之间；其中，所述收纳槽垂直于所述推片推行方向的边侧宽度大于所述载片对应边侧的宽度。

优选的是，所述样本供给装置包括：位于所述平台下方的储液罐以及位于所述平台上方的吸取装置、流量控制装置和若干个分流管；若干个所述分流管的一端分别依次通过所述流量控制装置、所述吸取装置进入所述储液罐，若干个所述分流管的另一端分别对齐到若干个所述注入孔。

优选的是，所述大视场成像装置包括：第一光源，其透过所述载玻片照射到所述载片上的所述单层样本细胞；反射镜组件，其位于所述载玻片下方，所述反射镜组件包括对照射后所述单层样本细胞的荧光进行若干次反射的若干个反射镜；接收组件，其位于所述载玻片下方，用于接收经所述若干个反射镜组件反射后的反射光线；以及，探测器组件，其用于探测所述接收组件接收的所述反射光线以输出所述载片的大视场图像；所述探测器组件包括位于所述载玻片下方的若干个大面阵探测器，若干个所述大面阵探测器沿与所述接收组件平行的方向并列设置。

优选的是，所述反射镜组件包括：第一反射镜，其位于所述载玻片下方一侧；第二反射镜，其位于所述载玻片下方且与所述第一反射镜同侧；以及，第三反射镜，其位于所述载玻片下方且与所述第一反射镜对立侧；其中，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜都是大口径高次非球面反射镜；所述第一光源照射载片后，所述单层样本细胞的荧光依次经所述第一反射镜、所述第三反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜的反射后到达所述接收组件。

优选的是，所述显微成像装置包括发出水平光的第二光源和位于所述载片上方的显微成像单元；所述显微成像单元包括依次竖直向下设置的显微成像镜、第一镜筒、二向色镜转轮组件和显微物镜组件以及水平对齐在所述二向色镜转轮组件与所述第二光源之间的第二镜筒；其中，所述显微物镜组件包括若干个不同倍率电动的显微物镜；所述二向色镜转轮组件包括若干个多光谱的二向色镜，若干个所述二向色镜水平转动以交替同时对齐所述第一镜筒、所述第二镜筒以及一所述显微物镜。

优选的是，所述显微成像装置还包括通信连接到所述控制器的二维调节装置，所述二维调节装置包括用于放置所述载玻片的载台以及二维控制器，所述二维控制器驱动所述载台带动所述载玻片沿水平做二维方向运动。

优选的是，所述生物成像仪还包括将放置于所述平台上的所述载片搬运至所述载玻片上的搬运装置；所述搬运装置设有具有吸附所述载片以搬运的吸盘机械手；所述吸盘机械手通信连接到所述控制器。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1)本实用新型提供的生物成像仪，设有大视场成像装置以及显微成像装置，在推片装置和大尺寸载片的配合下，实现同时兼顾大视场成像和高分辨率成像，基于大视场成像和显微的高分辨率成像的两步式协同成像检测方法，利于目标细胞大批量、快速、精确地识别和检测；

2)经推片装置推动，呈单层细胞平铺于载片后剩余的样本溶液经贯通行程开关与载片之间的收纳槽进入收纳管、最后到达收纳罐，以实现废弃溶液的收纳，避免污染；

3)探测器组件包括位于载玻片下方的若干个大面阵探测器，若干个大面阵探测器沿平行于接收组件的方向并列设置，则采用基于多个大面阵探测器的精密反射拼接技术，可构建大尺寸共轭高精拼接像面，配合图像复原技术和局部精密热控措施，降低成像热噪声，提高信噪比；

4)大视场成像装置的反射镜组件，均采用大口径高次非球面反射镜，实现高分辨率、宽光谱、无色差探测；反射镜的非球面参数，利于校正成像像差、实现无畸变系统成像；

5)样本供给装置设有流量控制装置，以控制若干个分流管内样本溶液分别经若干个注入孔到达载片的流量，利于实现百微升级样本溶液的单层细胞平铺；

6)通过控制器，驱动搬运装置的吸盘机械手，将放置于平台上的载片搬运至载玻片上，提高工作效率；

7)显微成像装置的二维控制器驱动载台带动载玻片沿水平做二维方向运动，以调整平铺有单层样本细胞的载片分别与大视场成像装置和显微成像装置的相对位置，提高成像的准确率。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型所述的生物成像仪的结构示意图；

图2为本实用新型所述的样本供给装置与推片装置的配合示意图；

图3为本实用新型所述的大视场成像装置的结构示意图；

图4为本实用新型所述的显微成像装置的结构示意图；

图中：

10-平台；11-载片；

20-样本供给装置；

21-储液罐；22-吸取装置；23-流量控制装置；24-分流管；

30-推片装置；

31-推片；311-注入孔；32-三维移动平台；33-行程开关；

40-载玻片；

50-大视场成像装置；

51-第一光源；52-接收组件；53-大面阵探测器；

54-第一反射镜；55-第二反射镜；56-第三反射镜；

60-显微成像装置；

61-第二光源；62-光源控制器；63-显微成像镜；64-第一镜筒；

65-第二镜筒；66-显微物镜；67-二向色镜；68-载台；

70-收纳罐。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种生物成像仪，其包括：

平台10，其上放置有透明的载片11；样本供给装置20，其用于向载片11供给具有荧光标记的样本溶液；推片装置30，其位于载片11上方，用于推动样本溶液使其细胞单层平铺于载片11；载玻片40，其嵌设于平台10上，用于透明承载平铺有单层样本细胞后的载片11；大视场成像装置50，其位于载玻片40下方，用于照射平铺有单层样本细胞的载片11、若干次反射单层样本细胞的荧光以及阵列探测经若干次反射的单层样本细胞的荧光以输出载片11的大视场图像；显微成像装置60，其位于载玻片40上方，用于照射载片11并对载片11上单层样本细胞进行显微成像；以及，控制器，其分别通信连接到样本供给装置20、推片装置30、大视场成像装置50以及显微成像装置60。

上述实施方式中，使用生物成像仪进行样本溶液细胞快速成像、识别的过程是：首先，样本供给装置20向载片11供给具有荧光标记的样本溶液；推片装置30推动样本溶液使其细胞单层平铺于载片11；其次，将平铺有单层样本细胞的载片11由推片装置30下方搬运至显微成像装置60下方的载玻片40，大视场成像装置50从载玻片40下方照射载片11，经过若干次反射以及阵列探测经若干次反射的单层样本细胞的荧光以输出载片11的大视场图像，完成初步识别与检测；最后，显微成像装置60从载玻片40上方照射载片11，实现载片11上单层样本细胞的显微成像。该实施方式中，载片11是通过纳米压印技术构筑的大尺寸载片，表面结构精度优于5μm。在推片装置30以及大尺寸载片11的配合下，实现同时兼顾大视场成像和高分辨率成像。基于大视场成像和高分辨率成像的两步式协同成像检测方法，利于目标细胞大批量、快速、精确地识别与检测。

上述实施方式中，控制器用于统一控制样本供给装置20、推片装置30、大视场成像装置50以及显微成像装置60的动作过程。作为优选，控制器设于位于平台10上的一个控制器工作站(图中未示出)内，便于统一化操作与管理。作为进一步优选，控制器工作站设有多个旋钮，用于分别控制与调节样本供给装置20、推片装置30、大视场成像装置50以及显微成像装置60，操作便利。

上述实施方式中，将平铺有单层样本细胞的载片11从推片装置30下方搬运至显微成像装置60下方，通常是人工搬运的方式，但是搬运效率低，增加用工成本；也可以通过载片11直接放置载玻片40上、载玻片40与平台10之间设有连接控制器的转动组件，转动组件相对于平台10在推片装置30下方与显微成像装置60下方之间转动以实现载片11的搬运，搬运效率高；也可以是机械搬运的方式，即生物成像仪还包括将放置于平台10上的载片11搬运至载玻片40上的搬运装置；考虑到载片11上平铺有单层样本细胞，搬运装置采用吸盘吸附载片的搬运方式，具体地，搬运装置设有通信连接到控制器的吸盘机械手，通过控制器驱动吸盘机械手，实现吸盘机械手准确吸附载片11并将其由推片装置30下方搬运至载玻片40上，自动化程度高，工作效率高。

作为本实用新型的优选实施方式，如图1和图2所示，推片装置30包括推片31和三维移动平台32。推片31沿竖直方向倾斜设置，推片31具有若干个，每个推片31设有贯穿的注入孔311；若干个推片31水平并列设于载片11上方；样本溶液经注入孔311到达载片11上。三维移动平台32分别连接到推片31和控制器，控制器驱动三维移动平台32推动推片31沿三维方向(如图1中的X、Y、Z三个方向)运动。具体地，样本溶液经注入孔311到达载片11后，控制器驱动三维移动平台32首先推动推片31依次沿图1中Y-方向水平移动以及Z-方向竖直移动至推片31的倾斜下端对齐接触样本溶液，再推动推片31沿图1中Y+方向水平移动以至样本溶液呈单细胞平铺于载片11。

作为上述的进一步优选，推片装置30还包括：行程开关33，行程开关33设立于载片11远离三维移动平台32的一侧。行程开关33为硬限位，用于限制推片31水平一方向的运动行程。具体地，如图1和图2，行程开关33设立于载片11朝向Y+方向的一侧，则三维移动平台32推动推片31沿图中Y+方向水平移动、使样本溶液呈单细胞平铺至载片11的过程，直至推片31与行程开关33抵顶停止。

作为上述的进一步优选，生物成像仪还包括位于平台10下方的废液收纳装置，如图1所示，废液收纳装置包括收纳罐70、收纳槽(图中未示出)以及收纳管(图中未示出)。收纳罐70位于平台10下方；收纳槽贯通设于行程开关33与载片11之间的平台10上；收纳管密封连通于收纳槽下方与收纳罐70之间。推片31推动样本溶液使其呈单细胞铺满载片11后剩余的样本溶液，经推片31进一步推动落入收纳槽直至推片31抵顶到行程开关33。剩余样本溶液落入收纳槽后，在收纳管的引导作用下，顺利进入收纳罐70实现收纳，避免污染。为了避免剩余样本溶液在推片31的挤压推动下由载片11上进入收纳槽时外泄，收纳槽垂直于推片31推行方向的边侧宽度大于载片11对应边侧的宽度，即收纳槽沿X方向的宽度大于载片11沿X方向的宽度。

作为本实用新型的优选实施方式，如图1和图2所示，样本供给装置20包括：位于平台下方的储液罐21以及位于平台上方的吸取装置22、流量控制装置23和若干个分流管24；若干个分流管24的一端分别依次通过流量控制装置23、吸取装置22进入储液罐21，若干个分流管的另一端分别对齐到若干个注入孔311。该实施方式中，储液罐21中的样本溶液经吸取装置22的吸取后由分流管24的一端进入分流管24；流量控制装置23用于控制分流管24内样本溶液的流量；样本溶液经分流管24的另一端进入注入孔311并最终落入注入孔311下方的载片11上。流量控制装置23控制若干个分流管24内样本溶液分别经若干个注入孔311到达载片11的流量，利于实现百微升级样本溶液的单层细胞(厚度≤15μm)平铺。

作为本实用新型的优选实施方式，如图3所示，大视场成像装置50包括第一光源51、反射镜组件、接收组件52以及探测器组件。第一光源51透过载玻片40照射到载片11上的单层样本细胞。反射镜组件位于载玻片40下方，反射镜组件包括对照射后单层样本细胞的荧光进行若干次反射的若干个反射镜。具体地，反射镜组件包括：第一反射镜54，其位于载玻片40下方一侧；第二反射镜55，其位于载玻片40下方且与第一反射镜54同侧；第三反射镜56，其位于载玻片40下方且与第一反射镜54对立侧。接收组件52位于载玻片40下方，用于接收经若干个反射镜组件反射后的反射光线。探测器组件用于探测接收组件52接收的反射光线以输出所述载片的大视场图像；探测器组件包括位于载玻片下方的若干个大面阵探测器53，若干个大面阵探测器53沿与接收组件52平行的方向并列设置。

该实施方式中，第一光源51为大视场阵列光源，第一光源51照射到载片11后，单层样本细胞的荧光依次经第一反射镜54、第三反射镜56、第二反射镜55以及第三反射镜56的反射后到达接收组件52，并由若干个沿与接收组件52平行的方向并列设置的大面阵探测器进行探测，以输出大视场的图像，进行样本溶液细胞的初步判读和识别。第一反射镜54、第二反射镜55以及第三反射镜56都是大口径高次非球面反射镜，实现高分辨率、宽光谱、无色差探测；反射镜的非球面参数，利于校正成像像差、实现无畸变系统成像；更进一步地，采用定心技术精确装调，系统波像差小于λ/10。在若干个并列设置的大面阵探测器53的基础上，采用精密反射拼接技术，可构建大尺寸共轭高精拼接像面，配合图像复原技术和局部精密热控措施，可降低成像热噪声、提高信噪比。为了保证若干个并列设置的大面阵探测器53成像的一致性和准确性，对若干个并列设置的大面阵探测器53采用同步成像，并采用辐射定标和均匀光照明。

作为本实用新型的优选实施方式，如图4所示，显微成像装置60包括发出水平光的第二光源61和位于载片11上方的显微成像单元。第二光源61连接有光源控制器62，光源控制器62用于控制和调节光源61发出均匀的水平光。显微成像单元包括依次竖直向下设置的显微成像镜63、第一镜筒64、二向色镜转轮组件和显微物镜组件以及水平对齐在二向色镜转轮组件与光源61之间的第二镜筒65；显微物镜组件包括若干个不同倍率电动的显微物镜66；二向色镜转轮组件包括若干个多光谱的二向色镜67，若干个二向色镜67水平转动以交替同时对齐第一镜筒64、第二镜筒65以及一显微物镜66。该实施方式中，第二光源61发出的光经第二镜筒65水平朝向二向色镜转轮组件，依次调整二向色镜转轮组件和显微物镜组件，使得第二光源61的水平光依次经一个二向色镜67、显微物镜66到达该显微物镜66下方的载片11上实现照射，照射后的载片11上单层样本细胞的荧光依次经显微物镜66、二向色镜67、第一镜筒64进入显微成像镜63实现显微成像。

作为上述的优选，显微成像装置60还包括通信连接到控制器的二维调节装置，二维调节装置包括用于放置载玻片的载台68以及二维控制器，二维控制器驱动载台68带动载玻片40沿水平做二维方向(如图4中X、Y方向)运动。通过二维调节装置，以调整平铺有单层样本细胞的载片11分别与大视场成像装置50和显微成像装置60的相对位置，提高成像的准确率。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。