一种生物组织刚度测量装置及其使用方法

本发明涉及生物力学测量领域，具体涉及一种生物组织刚度测量装置及其使用方法。

背景技术：

1、生物组织刚度检测是一项重要的医疗技术，用于评估和诊断人体内各种生物组织的疾病和病变程度。目前常用的生物组织刚度检测方法包括手动触诊、医学成像技术等，但这些方法存在一些局限性，如操作难度大、结果易受个人主观因素影响等。因此，开发一种可靠、准确、简便的生物组织刚度检测装置，对临床医疗和科研领域都具有重要意义。

2、现有的生物组织刚度检测装置大多基于昂贵的医疗成像技术或者手动检测，比较常见的是原子力学显微镜(afm)、光镊显微镜(otm)、磁镊等，具有不同的功能和特点，但是这些装置在生物组织刚度检测中还存在着一些不足，比如算法复杂、检测灵敏度与检测通量的不兼容、生物样本损伤等问题，难以广泛应用于医疗实践和疾病预防。因此，需要一种便携式、低成本、易于操作的生物组织刚度检测装置，以满足人们对于临床和科研领域中生物组织刚度检测的需求。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种便携式、低成本、易于操作且对生物样本损伤小的生物组织刚度检测装置，并提供该装置的使用方法。

2、技术方案：本发明提供了一种生物组织刚度测量装置，用于放置生物组织切片的载物台、z轴位移台、底座、光源、成像设备、工作台和上位机，z轴位移台连接有位移台调平装置，该移台调平装置通过至少3个调平微分头垂直定位于底座，底座通过至少2个底座微分头和至少一个支撑件垂直定位于工作台，底座上设置有光子晶体比色传感器，光源用于照射光子晶体比色传感器，z轴位移台能够带动载物台下压使得生物组织切片下压光子晶体比色传感器使其颜色变化，成像设备接收光子晶体比色传感器颜色信息并发送至上位机，上位机通过分析计算颜色信息得到生物组织的刚度信息。

3、位移台调平装置用于调整生物组织切片与光子晶体比色传感器的平行度；底座微分头作为调平装置可调整底座与光子晶体比色传感器的光路的垂直度。

4、光子晶体比色传感器中，光子晶体能够通过物质对特定波长的光的吸收或反射，弹性体可因组织不同区域的刚度在下压过程中产生不同的形变，在下压过程中，内部的光子晶体反射波长发生变化即在传感器表面颜色产生差异，具体的，其反射的波长变小，发生蓝移。

5、优选的，所述z轴位移台包括压电控制器，该压电控制器用于控制载物台纵向步进移动。

6、优选的，z轴位移平台可控制载有生物组织切片的载物台下压步进间距及深度，步进间距范围为15nm-400μm。

7、优选的，所述生物组织切片为冰冻切片、石蜡切片、振动切片、塑料切片、碳蜡切片中的任一种。

8、优选的，所述载物台和z轴位移台之间磁性连接。载物台通过磁铁加载到z轴位移台2上使得方便更换生物组织切片样本。

9、优选的，所述底座上设有用于添加液体培养基或缓冲液的储液池，且储液池上设置有用于放置生物组织切片的凹槽。

10、通过添加培养基或缓冲液至浸没光子晶体比色传感器，保证生物组织切片与光子晶体比色传感器的活性。

11、优选的，所述底座上设置有透明观察窗，使得光源光路的透过透明观察窗到达光子晶体比色传感器与生物组织切片待接触面。

12、优选的，所述工作台、光源以及成像设备分别为显微镜的显微镜载物台、显微镜光源、显微镜成像装置。上述的显微镜为倒置金相显微镜。即本发明可直接应用倒置金相显微镜作为部分功能结构，只需设计构造其余部分的结构，使用时配合倒置金相显微镜进行测试工作即可。

13、优选的，上述的支撑件为定位锥头、底座微分头、支撑柱中的任一种，支撑件采用定位锥头或底座微分头，则支撑件高度同样可调节；若支撑件采用支撑柱，支撑柱高度不可调节，但是依靠其余在两个可调节的底座微分头，则不影响本发明的功能正常使用。

14、本发明还提供上述的生物组织刚度测量装置的使用方法，包括以下步骤：

15、s1、将光子晶体比色传感器放置于底座中心，向储液池添加缓冲液并浸没光子晶体比色传感器；

16、s2、调节底座与工作台的相对位置，使光源能够垂直入射到光子晶体比色传感器与生物组织切片的待接触面；

17、s3、将空载的载玻片放置于载物台上，通过z轴位移台将载物台下压至光子晶体比色传感器，再通过观察光子晶体比色传感器的颜色判断是否调平并利用位移台调平装置完成调平；

18、s4、将载玻片替换为生物组织切片，并通过z轴位移台控制生物组织切片逐步挤压到光子晶体比色传感器，成像设备记录光子晶体比色传感器颜色信息并上传至上位机处理得到刚度信息。

19、有益效果：相对于现有技术，本发明具有如下优点：本发明无需尖端的悬臂，而是通过大面积软质材料实现力的作用，避免了afm的悬臂尖端的锐度所施加的力在与软组织的机械相互作用中可能导致生物组织损伤，对待测的生物组织损伤小；在测量过程中添加了培养基或缓冲液，能够在测量刚度过程中，保持组织的湿度；具有更高的灵敏度和选择性，有助于医生和科研人员更快速、直接地对生物组织的刚度进行检测，测量人员能够通过对颜色的观察直接地得出大致的刚度信息；方便操作，通过磁力加载，方便进行高通量的组织切片刚度测量；借助普通光学显微镜即可实现组织切片刚度检测，简便且成本低，除了人工观察判断，还可以通过电脑等终端计算，结果准确。

技术特征：

1.一种生物组织刚度测量装置，其特征在于，包括：用于放置生物组织切片(11)的载物台(1)、z轴位移台(2)、底座(5)、光源(6)、成像设备(7)、工作台(8)和上位机，z轴位移台(2)连接有位移台调平装置(3)，该移台调平装置(3)通过至少3个调平微分头(31)垂直定位于底座(5)，底座(5)通过至少2个底座微分头(51)和至少一个支撑件垂直定位于工作台(8)，底座(5)上设置有光子晶体比色传感器(4)，光源(6)用于照射光子晶体比色传感器(4)，z轴位移台(2)能够带动载物台(1)下压使得生物组织切片(11)下压光子晶体比色传感器(4)使其颜色变化，成像设备(7)接收光子晶体比色传感器(4)颜色信息并发送至上位机，上位机通过分析计算颜色信息得到生物组织的刚度信息。

2.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述z轴位移台(2)包括压电控制器，该压电控制器用于控制载物台(1)纵向步进移动。

3.根据权利要求2所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述载物台(1)纵向步进移动的范围为15nm-400μm。

4.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述生物组织切片(11)为冰冻切片、石蜡切片、振动切片、塑料切片、碳蜡切片中的任一种。

5.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述载物台(1)和z轴位移台(2)之间磁性连接。

6.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述底座(5)上设有用于添加液体培养基或缓冲液的储液池，且储液池上设置有用于放置生物组织切片(11)的凹槽。

7.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述底座(5)上设置有透明观察窗，光源(6)光路的透过透明观察窗到达光子晶体比色传感器(4)与生物组织切片(11)待接触面。

8.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述工作台(8)、光源(6)以及成像设备(7)分别为倒置金相显微镜的显微镜载物台、显微镜光源、显微镜成像装置。

9.根据权利要求1所述的生物组织刚度测量装置，其特征在于，所述支撑件为定位锥头(54)、底座微分头(51)、支撑柱中的任一种。

10.一种基于权利要求1所述的生物组织刚度测量装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种生物组织刚度测量装置及其使用方法，装置包括用于放置生物组织切片的载物台、Z轴位移台、光子晶体比色传感器、光源、成像设备和上位机，光源用于照射光子晶体比色传感器，Z轴位移台带动生物组织切片下压光子晶体比色传感器使其颜色变化，成像设备接收光子晶体比色传感器颜色信息并发送至上位机。该装置应用于生物组织刚度成像时，控制组织切片按需求的步进距离下降，使组织切片垂直下压至光子晶体比色传感器，通过对光子晶体比色传感器颜色进行记录成像并计算得到刚度信息，对待测的生物组织损伤小。

技术研发人员：顾忠泽,熊楠锟,李奇维
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14