一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统技术方案

本实用新型专利技术公开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；滤波模块置于所述照明模块的正下方，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；其中，约束成像模块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；在约束成像模块中，图像传感器与微控流芯片紧密结合，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，从而本实用新型专利技术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。

An on-chip imaging microsystem for observing microbial behavior

【技术实现步骤摘要】
一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统
本技术属于生物医学显微成像
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术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，本技术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；微流控芯片用于将微生物放置在毛细管通道内，并基于毛细管道限制微生物的活动范围；液压管道用于加载微生物样本和反应液到微流控芯片中的毛细管道中，并驱动微流控芯片中折射率匹配液的流动，形成微流路。优选地，可以采用微机械泵、电水力泵、电渗流等方法驱动微流控芯片中折射率匹配液的流动。优选地，折射率匹配液的折射率与所述微流控芯片外层材料的折射率相同。优选地，通过控制液压管道内液体的液压，使液体在液压管道中流动，从而对微生物产生压力，进而改变微生物的行为，达到便于实验和操控的目的。优选地，探测成像单元包括图像传感器，用于微生物成像，其像元尺寸越小分辨率越高，其有效成像面积越大视场越大。优选地，图像传感器经过物理拆卸其外层的保护玻璃，对拆卸保护玻璃后的图像传感器进行氧离子清洗，然后将传感器表面紧密贴合在微流控单元的微流控芯片上，作为微流控单元的基底，可以有效的解决折射率适配问题。优选地，图像传感器可采用CMOS或者CCD传感器，像元尺寸在2.2um或以下。优选地，微流控单元在制作过程中不能完全烘干，贴合放置在探测成像单元上后再进行烘干，从而保证微流控单元和探测成像单元之间几乎没有间隔距离和额外的折射率不同的保护层，以此消除可能存在的色散和相差，保证折射率匹配。通过本技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本技术提供了一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，在无镜系统的基础上，采用微流控技术对微生物进行约束，将微生物注入到微流控芯片中，芯片内部的毛细管道能够有效的约束微生物的活动范围，另外结合无镜系统采用图像传感器能够同时实现大视场和较高的分辨率的优点，在有效的约束了微生物的同时实现了在较大的视野范围内高分辨率的观测微流控芯片上的微生物，解决了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。2、本技术所提供的用于观测微生物行为的片上成像显微系统将微流控技术应用于无镜系统，由于微流控技术存在折射率匹配这一必要条件，不完成折射率匹配难以实现高分辨成像，需要保证芯片的外层材料、芯片中的液体、以及与成像单元之间的介质的折射率相同，否则无法实现对微流控芯片中的微生物进行高分辨率成像，本技术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，并拆除了传统无镜系统中图像传感器上的保护玻璃，将微控流芯片与图像传感器紧密结合，有效的解决了折射率适配问题，将无镜显微系统和微流控芯片的优点相结合，从而实现大视场高分辨率的观测微生物行为。3、本技术所提供的用于观测微生物行为的片上成像显微系统相比传统的光学显微镜的观测方法，一次性能够观测的微生物数量提升了数十倍，能够有效的限制微生物的范围，可以在较大的视野范围内同时清晰的观测多个微生物的行为。4、本技术所提供的用于观测微生物行为的片上成像显微系统可以通过液压控制来操控微流控芯片内微生物的运动，通过控制液压管道内液体的液压，使液体在液压管道中流动，从而对微生物产生压力，进而改变微生物的行为，达到便于实验和操控的目的。附图说明图1是本技术所提供的一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统结构图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。为了实现上述目的，本技术提供了一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，具体的，如图1所示为本技术所提供的一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统结构图，包括照明模块1、滤波模块2、约束成像模块3，其中滤波模块2置于照明模块1的正下方，照明模块1与滤波模块2紧密贴合并向下照明，约束成像模块3放置在滤波模块的正下方，距离滤波模块3-5cm。具体的，照明模块1用于产生具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，其特征在于，包括：照明模块、滤波模块、约束成像模块；/n所述滤波模块置于所述照明模块的正下方，与所述照明模块紧密贴合，所述约束成像模块放置在所述滤波模块的正下方；/n所述照明模块用于产生具有一定时间相干性的照明光场；/n所述滤波模块用于提高所述照明光场的空间相干性；/n所述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。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于观测微生物行为的片上成像显微系统，其特征在于，包括：照明模块、滤波模块、约束成像模块；
所述滤波模块置于所述照明模块的正下方，与所述照明模块紧密贴合，所述约束成像模块放置在所述滤波模块的正下方；
所述照明模块用于产生具有一定时间相干性的照明光场；
所述滤波模块用于提高所述照明光场的空间相干性；
所述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。


2.根据权利要求1所述的片上成像显微系统，其特征在于，所述约束成像模块距离所述滤波模块3-5cm。


3.根据权利要求1所述的片上成像显微系统，其特征在于，所述约束成像模块包括微流控单元和探测成像单元；
所述探测成像单元置于所述微流控单元的底部，与所述微流控单元紧密贴合；
所述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；
所述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。


4.根据权利要求3所述的片上成像显微系统，其特征在于，所述微流控单元包括微流控芯片、液压管道；
所述微流控芯片置于所述微流控单元的底部，所述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...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖翰宇，费鹏，蒋宇轩，康天誉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42