一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置及方法，装置包括：光源模块、检测模块、成像模块、图像处理模块、数据库模块以及分别与所述光源模块、成像模块、图像的检测模块、图像处理模块以及数据库模块相连、控制各个模块动作的控制模块。所述光源模块提供的单色光源按照既定光路通过检测模块与成像模块照射在图像处理模块的摄像头上，同时控制模块通过控制检测模块中起偏器和检偏器的相对旋转动作，使摄像头捕捉到不同偏振态下的微藻细胞图像，并通过所述图像处理模块进行分析处理得到微藻细胞活性结果用于显示和存储。本发明专利技术的技术方案解决了现有技术中微藻细胞活性检测困难、装置结构复杂及使用不便的问题的问题。

A Polarized Light Flow Controller Ballast Water Microalgae Activity Detection Device and Method

The invention discloses a polarized light flow control sheet ballast water microalgae activity detection device and method, which includes light source module, detection module, imaging module, image processing module, database module and control module connected with light source module, imaging module, image detection module, image processing module and database module respectively to control the action of each module. The monochrome light source provided by the light source module irradiates the camera of the image processing module through the detection module and the imaging module in accordance with the established light path, while the control module controls the relative rotation action of the polarizer and the polarizer in the detection module, so that the camera can capture the microalgae cell images under different polarization states, and obtain the microalgae cell images through the analysis and processing of the image processing module. Algae cell activity results are used for display and storage. The technical scheme of the invention solves the problems of difficult detection of microalgae cell activity, complex structure of the device and inconvenient use in the prior art.

【技术实现步骤摘要】
一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置与方法
本专利技术涉及船舶压载水微藻活性检测
，具体而言，尤其涉及一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置与方法。
技术介绍
船舶压载水是加装到船上的水及悬浮物质，作用是控制船舶的横倾、纵倾、吃水、稳性和应力。压载水可以是海水也可以是淡水，来源可以是港口、河流或者开放性海面，一般由专用的压载水舱或者是卸空的货舱运载。船舶在空载时都必须装压载水，这样做是为了保证螺旋桨和舵沉浸于水中从而保证操作的有效性、控制船舶的平衡、提高船舶的稳定性，即使载有货物或满载的时候也同样需要装有压载水。当船停靠在码头装货或卸货时，都会对应的进行压载水的排出和载入。船舶压载水是外来海洋生物入侵的主要途径之一，外来有害海洋生物入侵传播,对生态、工业、农业以及人类健康等都造成了严重的影响。在《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》中规定了船舶排放时的压载水性能应满足的标准，其中着重检测的一项即为压载水中不同尺寸存活生物的浓度。而浮游生物数量和种类(船舶压载水中最普遍存在的一种生物)，也是目前船舶压载水处理和检测的主要指标。大量研究证实，船舶压载水是外来生物入侵的主要途径和载体，全世界每年交换压载水约120亿吨，而存活于未经处理压载水中的生物多达7000种，ICES的数据表明94％的潜在有害海洋生物是通过船舶压载水传播。为防止压载水中外来生物的入侵，国际海事组织(IMO)于2004年制定了《国际船舶压载水及其沉积物控制与管理公约》，该公约将于2017年9月8日正式生效。随着该公约即将生效，我国作为最大的压载水输出国和输入国，必须开展相关研究工作。船舶压载水中含有细菌、病毒和大量的浮游生物，其中浮游生物以微藻为主，而这些微藻是导致赤潮的主要原因。微藻是一类形态微小的藻类种群，分布广泛，常见于江河湖海和池塘沟渠，大小通常在2μm-20μm之间。微藻随着船舶压载水被排放到新的海域，由于缺乏天敌及本身生命力顽强，这些外来生物会对新海域的生态系统带来灾难性破坏，甚至导致本地土著物种的灭绝，严重威胁海洋生态系统的安全。目前并没有一种较好方案及装置用来分析船舶压载水中外来生物的活性，因此，船舶压载水中微藻细胞的活性检测问题亟待解决。
技术实现思路
根据上述提出的压载水中微藻细胞活性检测困难的技术问题，而提供一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置。本专利技术主要利用光的偏振特性对微藻细胞的活性进行检测，从而起到快速检测的目的。本专利技术采用的技术手段如下：一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置，其特征在于，包括：提供单色光光源的光源模块；通过起偏器和检偏器相对旋转从而改变照射在于微流控芯片上流动的微藻样品上的光的振动方向，从而得到微藻细胞在不同偏振态下的图像的检测模块；设置于所述检测模块之后、利用由两个平凸透镜构成的成像透镜组实现微藻细胞图像放大的成像模块；利用摄像头获取经所述成像模块放大、在不同偏振态下的微藻细胞图像进行处理与偏振信息采集，并将所有检测结果在显示端显示的图像处理模块；将检测结果进行存储以便随时对数据进行检索与分析的数据库模块；以及分别与所述光源模块、成像模块、检测模块、图像处理模块以及数据库模块相连、控制各个模块动作的控制模块；所述光源模块提供的单色光源按照既定光路通过检测模块与成像模块照射在图像处理模块的摄像头上，同时控制模块通过控制检测模块中起偏器和检偏器的相对旋转动作，使摄像头捕捉到不同偏振态下的微藻细胞图像，并通过所述图像处理模块进行分析处理得到微藻细胞活性结果用于显示和存储。进一步地，所述检测模块包括起偏器、检偏器以及微流控芯片；所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体和载玻片，所述微流控芯片主体上凹刻有一条首尾分别设置样品槽和废液槽的样品通道，所述微流控芯片能够控制微藻细胞样品的流速，从而便于对微藻细胞图像进行拍摄；所述起偏器设置于光源模块与所述微流控芯片之间，包括前后依次设置的起偏器波片及起偏器偏振片；所述检偏器设置于所述微流控芯片与所述成像模块之间，包括前后依次设置的检偏器偏振片及检偏器波片；所述光源装置发出的单色光依次通过起偏器波片、起偏器偏振片、微流控芯片上的样品通道、检偏器偏振片及检偏器波片射向所述成像模块。进一步地，所述光源装置发出的单色光以垂直角度穿过所述微流控芯片上的样品通道。进一步地，所述起偏器及检偏器在步进电机的作用下进行旋转动作。进一步地，所述控制模块包括单片机，所述单片机的控制引脚分别连接所述光源模块的光源开关、检测模块的步进电机、图像处理模块的摄像头开关以及数据库模块。进一步地，所述图像处理模块对拍摄到的微藻图像信息进行偏振特性分析和纹理特征分析，从而判断细胞的活性。本专利技术还提供了一种基于上述检测装置的压载水微藻活性检测方法，其特征在于，步骤包括：1)装置安装，依照要求对所需的各模块进行组合安装，保证光路能够按照既定的路线通过样品并照射到图像处理模块中的摄像头成像，制备微藻样品；2)开启装置，将微流控芯片置入到载物台，向微流控芯片中的样品槽滴加微藻样品，同时开启光源、摄像头的开关，待摄像机捕捉到微流控芯片中的样品图像时，打开步进电机的开关，使起偏器和检偏器自动旋转，通过设置起偏器和检偏器的状态，得到不同偏振状态下的微藻细胞图像，随后摄像头拍摄带有偏振信息的微藻细胞图像并送至图像处理模块进行分析处理；3)图像处理，将拍摄到的图片进行处理，首先利用经过样品的入射光和出射光偏振状态求出样品中微藻细胞图像的Mueller矩阵图像，再对所述Mueller矩阵图像进行进一步分析得到能够判断微藻细胞活性的参数，所述参数包括偏振差DP、参数A、参数b、参数tan2x等穆勒矩阵参数，最后将微藻细胞活性结果在显示界面显示；4)数据存储，将所测得的数据存储到数据库模块中，对图像以及图像参数进行统计，以便对所测得的数据进行分析和检索。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术可以通过偏振片与波片的相对位置变化改变偏振光的偏振特性，从而对微藻细胞活性进行检测，整个检测过程中不需对微藻细胞进行任何处理，避免了用其他处理方法处理微藻细胞时对细胞造成损伤。2、本专利技术装置各功能模块组装体积小，且整个过程当中都只需要控制模块对其他功能模块进行操作，操作者只需要控制对应的开关即可完成操作，具有体积小、操作简单的优点。综上，应用本专利技术的技术方案可以有效解决现有技术中微藻细胞活性检测困难、装置结构复杂及使用不便的问题。基于上述理由本专利技术可在压载水细胞活性检测等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术装置结构示意图。图2为本专利技术控制模块内部结构示意图。图3为本专利技术检测模块结构示意图。图4为微流控芯片结构示意图。1、成像模块；2、检测模块；3、图像处理模块；4、数据库模块；5、控制模块；6、单片机；7、光源开关；8、光源模块；9、步进电机；10-1、起偏器波片；10-2、检偏器波片；11-1、起偏器偏振片；11-2检偏器偏振片；12、摄像头开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置，其特征在于，包括：提供单色光光源的光源模块；通过构成起偏器的偏振片和1/4波片和构成检偏器的偏振片与1/4波片相对旋转从而改变照射在于微流控芯片上流动的微藻样品上的光的振动方向，从而得到微藻细胞在不同偏振态下的图像的检测模块；设置于所述检测模块之后、利用由两个凸透镜构成的成像透镜组实现微藻细胞图像放大的成像模块；利用摄像头获取经所述成像模块放大、在不同偏振态下的微藻细胞图像进行处理与偏振信息采集，并将所有检测结果在显示端显示的图像处理模块；将检测结果进行存储以便随时对数据进行检索与分析的数据库模块；以及分别与所述光源模块、成像模块、检测模块、图像处理模块以及数据库模块相连、控制各个模块动作的控制模块；所述光源模块提供的单色光源按照既定光路为光源、起偏器、微流控芯片、检偏器、成像模块垂直照射到微流控芯片上并通过检测模块与成像模块照射在图像处理模块的摄像头上，同时控制模块通过控制检测模块中起偏器和检偏器的相对旋转动作，使摄像头捕捉到不同偏振态下的微藻细胞图像，并通过所述图像处理模块进行分析处理得到微藻细胞活性结果用于显示和存储。

【技术特征摘要】
1.一种偏振光流控片压载水微藻活性检测装置，其特征在于，包括：提供单色光光源的光源模块；通过构成起偏器的偏振片和1/4波片和构成检偏器的偏振片与1/4波片相对旋转从而改变照射在于微流控芯片上流动的微藻样品上的光的振动方向，从而得到微藻细胞在不同偏振态下的图像的检测模块；设置于所述检测模块之后、利用由两个凸透镜构成的成像透镜组实现微藻细胞图像放大的成像模块；利用摄像头获取经所述成像模块放大、在不同偏振态下的微藻细胞图像进行处理与偏振信息采集，并将所有检测结果在显示端显示的图像处理模块；将检测结果进行存储以便随时对数据进行检索与分析的数据库模块；以及分别与所述光源模块、成像模块、检测模块、图像处理模块以及数据库模块相连、控制各个模块动作的控制模块；所述光源模块提供的单色光源按照既定光路为光源、起偏器、微流控芯片、检偏器、成像模块垂直照射到微流控芯片上并通过检测模块与成像模块照射在图像处理模块的摄像头上，同时控制模块通过控制检测模块中起偏器和检偏器的相对旋转动作，使摄像头捕捉到不同偏振态下的微藻细胞图像，并通过所述图像处理模块进行分析处理得到微藻细胞活性结果用于显示和存储。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测模块包括起偏器、检偏器以及微流控芯片；所述微流控芯片包括自上而下依次设置微流控芯片主体和载玻片，所述微流控芯片主体上凹刻有一条首尾分别设置样品槽和废液槽的样品通道，所述微流控芯片由于重力因素能够控制微藻细胞样品的流速，从而便于对微藻细胞图像进行拍摄；所述起偏器设置于光源模块与所述微流控芯片之间，包括前后依次设置的起偏器波片及起偏器偏振片；所述检偏器设置于所述微流控芯片与所述成像模块之间，包括前后依次设置的检偏器偏振片及检偏器波片；所述光源装置发出的单色光依次通过起偏器波片、起偏器偏振片、微流控芯片上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊生，孟洁，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21