[发明专利]基于光学相干断层扫描冻干显微镜

说明书

本发明公开了一种基于光学相干断层扫描冻干显微镜，包括实验型冻干机、光学相干断层扫描成像系统和控制系统，所述实验型冻干机包括冻干箱、捕水冷凝器和液氮罐，所述冻干箱内装设有用于放置制品的搁板，其特征在于：所述冻干箱与捕水冷凝器通过电动蝶阀连接，所述搁板采用电阻丝加热，所述搁板侧面装设有导向杆和螺栓，所述冻干箱一侧面开设一扇观察窗，所述冻干箱的观察窗外装设有光学相干断层扫描成像系统。本发明通过生成冻干制品的3D图像来确定玻璃小瓶内制品的关键温度参数，作为实验室研究冻干机理和在线监测的一项基础工具，操控简便。

技术领域

本发明主要涉及一种基于光学相干断层扫描冻干显微镜，尤其是应用于真空冷冻燥过程中药品、食品和微生物的3D成像和关键温度、压力参数测量。

背景技术

在药品、食品利微生物的真空冷冻干燥过程中，温度和压力的准确测量对保证制品质量非常关键。在预冻阶段，制品的冷冻温度需低于其共晶温度Teut；在升华干燥阶段，制品的加热温度需低于其塌陷温度Tc或玻璃化转变温度Tg。这些温度均为冻干过程中的关键温度参数。其中，共晶温度Teut和玻璃化转变温度Tg主要采用差示扫描量热仪(DSC)与电阻法进行测量，而塌陷温度Tc一般采用冻干显微镜测定。目前普遍应用的冻干显微镜为光透射型冻干显微镜，其成像系统主要由一台长工作距离的光学或电子显微镜利高分辨率的摄像机组成，待测样品用两玻片进行制片，然后放置冻干台内进行冷冻干燥。整个冻干过程中制品的结构变化被摄像机记录下来，用于分析其关键温度。这种冻干显微镜的缺点是：1、待测样品置于两玻片之间，不能用于测定玻璃小瓶内制品的冻干。2、待测样品是微量的(1～2μL)，测得一些制品的塌陷温度Tc与玻璃小瓶内实际Tc有一定差异。3、制冷与加热模块、液氮进出口、温度与压力传感器以及抽真空口均安装在冻干台上，加工难度大，维修不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术的不足，提供一种可跟踪升华界面，观察制品内部结构并生成3D图像以及测量制品关键温度参数的基于光学相干断层扫描冻干显微镜。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于光学相干断层扫描冻干显微镜，包括实验型冻干机、光学相干断层扫描成像系统和控制系统，所述实验型冻干机包括冻干箱、捕水冷凝器和液氮罐，所述冻干箱内装设有用于放置制品的搁板，其特征在于：所述冻干箱与捕水冷凝器通过电动蝶阀连接，所述搁板采用电阻丝加热，所述搁板侧面装设有导向杆利螺栓，所述冻干箱一侧面开设一扇观察窗，所述冻干箱的观察窗外装设有光学相干断层扫描成像系统。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述实验型冻干机属于分体式，所述捕水冷凝器位于所述冻干箱下方，所述冻干箱与捕水冷凝器外侧通过不锈钢板连接支撑成为一整体。

所述光学相干断层扫描成像系统包括宽带光源、样品镜臂(7-4)、参照镜臂、分光镜、准直透镜、光束减束器、光电探测器、信号放大器、带通滤波、解调器、A/D转换模块、数字信号处理与图像重建器。

所述搁板上方设有一块热补偿板，所述热补偿板上装设有压塞螺杆，并采用波纹管密封。

所述搁板内装设有制冷剂管道和加热电阻丝，所述搁板制冷剂进出口端装设有温度探头，所述冻干箱内装设有用于测量玻璃小瓶内制品温度的温度探头。

所述捕水冷凝器装设有液氮制冷盘管，所述液氮制冷盘管进口处装设有温度探头。

所述冻干箱利捕水冷凝器内均装设有真空规管。

所述样品镜臂安装在观察窗外侧，所述的3D图像包括预冻阶段制品的结构与冰核作用，以及升华阶段溶剂升华与制品的微塌或完全塌陷。

所述观察窗表面涂油抗反射涂层。

所述光学相干断层扫描系统可监测一个或多个标准玻璃小瓶内制品的冻干，也可监测玻片之间制品的冻干。