[发明专利]一种多细胞培养过程自动显微成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动细胞成像系统，属于生物医学中的显微成像技术领域，具体地说，涉及细胞培养过程中的自动成像及对于培养过程中的细胞状态实时测量分析。

背景技术

细胞构成生命体的基本单位，反映着生命的本质规律。所以细胞生物学的研究为其他生物学研究提供支柱，包括发生生物学；肌肉、骨骼、矿物新陈代谢；心肺以及其他适应性系统；免疫学；运动感觉协调。每个领域的组织和机体层面的研究最终决定于独立细胞的正常功能以及细胞融合所成的生理网络。先进的细胞培养技术使得我们在细胞层面单独研究某些细胞成为可能。近年，细胞培养技术取得了的瞩目成就，一方面是细胞层面上对基本生物学过程的认识，另一方面是细胞生物学应用全层面扩展到生理学上。以往大量的研究证明许多细胞品种的干细胞，包括骨骼、肌肉、器官等，可以在可控制分化的环境下培养生长。随着微质量培养、微球体培养和生物反应器等细胞培养技术的研究，使得离解细胞培养技术日益提高，同时，分离块培养，切片培养，重新聚集培养为解离的细胞群和完整的组织间提供中间步骤。作为信息科学与生物医学高度交叉融合学科，随着生命科学、生物技术与医学的飞速发展和工程技术的进步，各种形式、结构、尺寸和用途的实现细胞生长环境控制的自动培养装置或生物反应器已相当普及，细胞培养已经发展成为一个新的工程学科。但是，细胞的培养观测分析往往需要人的参与，并且需要复杂专业的操作，这无疑大大增加了人力成本，并且培养过程中的某些关键信息可能丢失。特别是对于某些特殊培养环境，例如空间细胞培养、模拟失重状态、辐射状态培养、高低温等极端环境下培养，人员根本无法参与培养过程，造成培养过程的完全缺失。本发明提出了一种显微成像系统，用于细胞培养过程的细胞自动成像与细胞生长状态自动分析，尤其适用于人无法参与的细胞培养实验。

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种自动显微成像系统，考虑了成像过程中的低功耗、自动对焦及追踪成像问题，并且实现细胞培养过程中的自动实时成像及细胞生长状态分析，可用于某些无人参与的特殊细胞培养环境。

发明内容

本发明的技术方案：一种多细胞培养过程自动显微成像系统，用于实现无人操作的，多个细胞培养器的长时间细胞培养的自动成像，并自动进行细胞生长状态分析：其包括光源系统1、光学机构2、楼房式多层细胞培养观察机构3、多轴伺服系统4、自动培养成像系统控制机构5，共同构成细胞自动培养成像系统；

其中，光源系统1包括：可编程的发光二极管LED阵列101，能够自动选择LED点亮区域，提供视场内可选择的照亮区域及照亮强度；大面积的静止光学部件103，其改善准直光的空间均匀性；静止的准直器102，其在所述大面积的静止光学部件之前，将源光转换成准直光，所述准直光具有适合于耦合进所述大面积静止光学部件的直径；聚焦透镜104和配合透镜组105，在所述大面积静止光学部件之后，缩小所述准直光的直径以使所述准直光耦合进物镜201；

光学机构2包括：自动的多物镜切换装置，其实现多种放大倍数的自动切换及物镜在显微视场上聚焦；

楼房式多层细胞培养观察机构3包括：由多个细胞培养机构301组成的类似于楼房的多层结构设计，每层提供多个标准尺寸及位置的细胞培养器302放置位置，其能够实现多种标准尺寸细胞培养器内多种细胞的同时培养观察；楼式结构预留中空豁口位置303，其俯视面积不小于最大细胞培养器面积；

多轴伺服系统4包括：多层式定角度伺服旋转机构401与楼房式多层细胞培养观察机构3的每层相连，构成观察切换机构，其实现每层旋转一定角度，使得楼式结构内任意一个细胞培养器302旋转至预留中空豁口位置303；X/Y轴伺服系统402和403、与楼房式多层细胞培养观察机构3整体相连，构成细胞定位机构，其实现楼式结构沿X/Y轴平稳高精度移动；Z轴伺服机构404，与光学机构2相连，构成对焦机构，实现光学机构沿Z轴平稳高精度移动；

自动培养成像系统控制机构5包括：带不易失存储单元的微处理单元及数据库系统，执行整个多细胞培养过程自动显微成像系统的自动控制功能；