[发明专利]一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统

说明书

本发明公开了一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，将微生物注入到微流控芯片中，微流控芯片内部的毛细管道能够约束微生物的行为，保证微生物停留在可观测范围内，采用图像传感器对微流控芯片中的微生物进行成像，通过调配微流控芯片中的折射率匹配液使其与微流控芯片的外层材料的折射率保持一致，拆除图像传感器上的保护玻璃，将图像传感器与微控流芯片紧密结合，从而有效的解决了折射率适配问题，由此实现对微流控芯片中的微生物进行高分辨率成像，另外，由于图像传感器可以同时实现大视场和较高的分辨率的成像，从而本发明所提供的片上成像显微系统能够同时实现对微生物进行约束并高通量的观测微生物的行为。

技术领域

本发明属于生物医学显微成像技术领域，更具体地，涉及一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统。

背景技术

在生命科学研究过程中，线虫等微生物生命周期短，个体小，容易培养，可进行大批量操作的条件，构成身体的细胞数量相对较少，可以对构成细胞的形态和谱系进行穷尽性研究，因此常常用于形态学分析和遗传分析等研究工作中。然而，由于线虫等微生物的运动较快，且身体细长，在使用传统光学显微镜过程中，当放大倍率调试到足以观测到线虫的内部细节的同时，视野内难以观测到一只完整的线虫，这不仅是因为线虫的活动范围广，运动速度快，也因为其体态细长而难以一次性观察全貌。

传统的光学显微镜的视场和分辨率乘积为定值，即存在通量限制，仅能够对较小视野范围内的微生物进行高分辨率观测，难以同时实现大视场和高分辨。相比传统的光学显微镜，无透镜显微镜作为新型的显微镜系统，可以同时实现大视场和较高的分辨率。无透镜成像技术是将样品与电荷耦合元件CCD或互补金属半导体氧化物CMOS芯片等光检测器紧密接触、无需光学元件、直接对样品进行成像的技术。利用该技术，可以对线虫类微生物进行有效观察，但是在实验者进行各项测试与操作时需要采用比如注入钙离子的方法来约束线虫等微生物的行为时，容易把微生物冲走，导致无法定位出微生物的位置，从而无法有效的实现大视场和高分辨率的观测微生物的行为。

综上所述，提供一种能够同时实现对微生物进行约束并高通量观测微生物行为的片上成像显微系统是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，旨在解决现有技术无法同时实现对微生物进行约束并高通量观测微生物行为的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，包括照明模块、滤波模块、约束成像模块；

其中，滤波模块置于照明模块的正下方，与照明模块紧密贴合，约束成像模块放置在滤波模块的正下方；优选地，约束成像模块距离滤波模块3-5cm。

照明模块用于产生具有一定时间相干性的照明光场；优选地，可直接使用普通的或者窄带的LED光源；

滤波模块用于提高照明光场的空间相干性；

约束成像模块用于基于相干全息成像原理采集被微流控芯片约束的待观察微生物的形态图像。

优选地，约束成像模块包括微流控单元和探测成像单元；

其中，探测成像单元置于微流控单元的底部，与微流控单元紧密贴合；

微流控单元用于基于毛细管通道限制微生物的活动范围，然后通过液压控制来操控微流控芯片内微生物的运动，从而达到便于实验和操控的目的；

探测成像单元用于实现大视场和高分辨率的对微生物成像；

优选地，微流控单元包括微流控芯片、液压管道；

其中，微流控芯片置于微流控单元的底部，微流控芯片的中央区域内包含许多毛细管道，每根毛细管道的入口处和出口处分别连接一个液压管道，以便通过液压管道向微流控芯片中注入微生物样本、反应液和折射率匹配液；