[实用新型]在线细胞显微观察仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在线细胞显微观察仪，特别是一种应用于生化反应罐的在线细胞显微形态观察仪。

背景技术

生物反应过程中以活细胞培养进行产品生产时，细胞生长与形态变化是极重要的监测参数，长期来以从罐中取样的方法，通过离线显微镜观察获得。近年来随着电子技术的进步，可以把图象转化为数字信号，进行计算机处理，由此得到量化的生长与形态变化信息。但是，以上方法只是离线间隔采样，缺乏动态观察，特别如动物细胞大规模培养过程，抗杂菌污染是过程操作的首要问题，因此不可能频繁取样，由此带来观察动态性差，过程分析困难的问题。

根据以上使用情况，插入到发酵罐的在线细胞显微观察仪必须符合以下基本要求：1)显微观察仪的分辨率和视野能清晰区分细菌、真菌和动物细胞，死细胞与活细胞，并作相应的形态分析；2)由于培养过程细胞浓度变化，显微观察仪必须有相应的最大浓度界限；3)必须克服显微探头长期插入发酵罐后形成的镜头表面菌体生长或吸附；4)显微观察仪结构有利于生物反应器的灭菌和无菌操作；5)显微观察仪必须具有符合反应器要求的实时数字图象信号转化与处理能力。

德国Dr Christoph Bittner于1994年在博士学位论文中描述了一种荧光激发法的在线显微装置(原位显微镜：培养过程中生物量在线测定的新过程，Dr Christoph Bittner，Hannover，1994)。其主要工作原理如图1所示，激光发出的单色紫外光经透镜L1、小孔空间滤波后再经透镜组L2、L3由双色镜片反射至物镜，然后由物镜投射至反应罐腔内的细胞表面，由于荧光效应，细胞产生的荧光经物镜汇聚，双色镜片以及反射镜，再经滤波片后成像于同步摄像机上。由于反应罐内的细胞高速旋转，因此要求同步摄像机的曝光时间很短，一般不超过2ms(根据放大倍数的不同可能需要调整)。此方法的优点为不需要复杂的机械取样装置。但该方案采用亮视场照明方式，对于透明细胞所成图像的对比度以及分辨率不好；又由于采用高速摄影，单波长荧光激发的方式，在使用中更换激发光波长成本较高。

在2004年美国有专利介绍了一种基于在线采样的显微观察仪(US 6,809,862)。如图2所示，采样窗口4来回移动，当采样窗口4移动到显微镜16以及照明灯源所在位置时，反应罐10内的细胞溶液就流入观察腔12；当采样窗口4移动至其他位置时，观察腔12内的细胞溶写相对稳定，以便于显微观察。为了更换显微镜头方便，如图3所示专门设计了一个清洗腔。拉动拉杆2，使得显微镜头以及采样窗口4到达清洗腔位置，清洗腔腔壁有孔8，可用于引入蒸汽或消毒液进行消毒或清洗。同时在此位置，可以方便地更换显微镜镜头。但该方案采用亮视场照明方式，对于透明细胞所成图像的对比度以及分辨率不好；又由于照明系统在反应罐内工作，不便于更换光源、切换光源激发波长，无法区分不同种类的细胞，如死细胞与活细胞；且频繁的取样与消毒会给在线的生物培养造成染菌的隐患。

2004年德国专利DE10350243介绍了一种利用SLD(Super LightDiode)照明，Multimode Fiber(多模光纤)传输、同步高速摄像的在线细胞显微观察仪。激光或发光二极管发出的光线经多模光纤传输到反应罐内，照射反应罐(反应器)内的细胞，细胞反射的光线经物镜汇聚后成像在CCD摄像机上。由于细胞在反应罐内不断地运动，因此要求摄像机的曝光时间比较小，才能在瞬间抓住细胞影像。摄像机拍摄的图片送入计算机处理。该方案采用亮视场照明方式，对于透明细胞所成图像的对比度以及分辨率不好；又由于在反应罐搅拌速度较快的情况下必然采用高速摄像机，由于没有取样装置限制景深，因此与图1所示方案一样对景深影响无法消除；同时由于其光源采用复杂的SLD(Super Light Diode超亮发光二极管)，光源驱动控制器比较复杂，因此更换光源、切换激发波长成本高且比较困难。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是采用暗视场照明以提高在线细胞显微观察仪对于细胞所成图像的对比度以及分辨率；提供一种可更换波长的外部光源系统；结构简单的机械取样装置，操作简便和制造成本低的用于生化反应器的在线细胞显微观察仪。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：