【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及小型化单细胞化学发光显微成像，尤其涉及一种基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置与方法。
技术介绍
1、凭借其高灵敏和低背景噪声的优势，化学发光(chemiluminescence,cl)检测技术已成为免疫分析诊断的主流。然而当前化学发光成像的金标准：基于高分辨光学显微镜的化学发光显微成像方案需要依赖复杂的光路系统和高灵敏的成像设备，通常体积庞大、操作繁琐、检测通量低、设备成本高且对使用环境的要求高，难以适应即时检测(point-of-care testing,poct)的检测环境与客观需求，也不符合医疗资源分布不均的现状。基于此，迫切需要开发一种新的小型化、低成本，同时兼顾灵敏度、成像视野和检测通量的化学发光显微成像检测技术。
2、无透镜成像(lensless imaging)技术是解决上述问题的有效途径。无透镜成像是一种无需借助任何光学元件，直接将待测样品置于或将其紧靠无透镜cmos图像传感器表面进行高灵敏成像的高通量显微成像技术，可以突破光学系统与图像采集设备的物理限制等，很好地解决了传统光学显微成像视场与分辨率之间折衷的问题，也可以很好地避免由于透镜自身引起的像差问题，使其在信息获取能力、功能、性能指标等方面获得显著提升；相较于传统光学显微成像，其成像质量更高，成像系统结构更简单，兼具成本低、结构紧凑且光学吞吐量高等优势，有助于检测人员对样本进行实时观察分析。
3、目前还没有使用无透镜成像技术进行高灵敏、高通量的生化分子检测和单细胞水平的细胞成像及细胞表面分子检测的化
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决传统化学发光显微成像系统体积庞大、操作繁琐、检测通量低、设备成本高等问题，以克服现有化学发光显微成像装置在poct应用中的技术缺陷，提供一种基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置与方法。
2、为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，包括基于化学发光成像的显微成像单元、光子信号采集控制单元、成像计算单元、微样流路控制单元和一体化暗室封装单元；
4、所述基于化学发光成像的显微成像单元，包含微流控芯片，所述微流控芯片包括微流控芯片盖板、微流控芯片中间层和微流控芯片底板；所述微流控芯片盖板设置一组或多组与反应腔匹配的进样孔和出样孔；所述微流控芯片中间层对称设置一组或多组结构一致的样品池；所述微流控芯片底板为无透镜cmos图像传感器，紧贴于所述微流控芯片中间层下方，无透镜cmos图像传感器用于连续高灵敏捕获所述化学发光反应释放的光子信号，并生成彩色图像序列；所述微流控芯片的三层结构上均设置有位置对应的定位孔，三层结构之间通过键合作用进行不可逆耦合或使用双面胶进行可逆耦合；
5、所述光子信号采集控制单元，与所述无透镜cmos图像传感器连接，用于图像采集参数控制；
6、所述成像计算单元，用于将所述无透镜cmos图像传感器捕获的彩色图像进行分析处理，并将光子信号和待测物质浓度相关联；
7、所述微样流路控制单元，用于控制与切换微量样品的流路，增加检测稳定性；
8、所述一体化暗室封装单元包括哑光密闭外壳、放置槽，所述哑光密闭外壳用于装置的封装，所述放置槽用于可拆卸式固定所述基于化学发光成像的显微成像单元。
9、进一步地，所述无透镜cmos图像传感器的电路保护薄膜为聚二甲基硅氧烷材料；化学发光反应产生的光辐射信号通过透射被无透镜cmos图像传感器采集，用于大视场高灵敏化学发光成像，成像空间分辨率为0.5～5μm，成像视野为10～20mm2。
10、进一步地，所述光子信号采集控制单元、成像计算单元位于一体化暗室封装单元的外部；所述成像计算单元包括微处理器单元、显示屏和电源；所述微处理器单元用于设置图像采集参数控制和化学发光图像的处理分析。
11、进一步地，所述微样流路控制单元包括进样泵、切换阀，所述进样泵和化学反应池的进样口连接实现不同样品的运输及切换。
12、进一步地，所述一体化暗室封装单元，包括上盖板、围板、底座、放置槽，所述围板与底座共同构成具有中空内腔的壳体装置，所述上盖板通过插销结构连接围板以形成翻盖结构，所述放置槽用于可拆卸式固定无透镜cmos图像传感器。
13、进一步地，所述彩色图像包含光子在当前时刻的像素位置与其相邻的多个像素的亮度信息。
14、第二方面，本专利技术提供了一种基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测方法，包括：
15、通过显微成像检测装置中的无透镜cmos图像传感器捕获光子信号，所述光子信号的位置反映待测物质的分布位置，光子信号强度反映待测物质的浓度信息；然后成像计算单元通过分析所捕获光子信号对应的彩色图像中各颜色分量的像素亮度信息和信噪比，筛选具有最优信噪比的颜色分量信号，并将其用于建立待测物质浓度与图像亮度的定量关系；
16、对采样时间内采集的彩色图像的颜色通道信号进行积分，获得具有最优信噪比的积分图像；
17、利用二维高斯函数或其它具有空间定位功能的函数对积分图像进行拟合，获取最佳感兴趣区域，然后对最佳感兴趣区域内的亮度信息进行统计，建立待测物质浓度与图像亮度的定量关系。
18、本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
19、1、本专利技术基于cmos无透镜成像开发了小型化单细胞化学发光显微成像检测装置，通过一体化封装模块的结构设计集成化学发光成像、信号检测与分析、微样流路控制等功能为一体，所需的仪器装置简单、成本低廉，适用领域广，有望促进化学发光显微成像在poct分析领域应用中发挥作用；本专利技术装置结构简单紧凑、体积小，而且操作简单、灵活，可拓展性强，具有良好的兼容性和便携性，允许快速拆卸安装，具有很好的稳定性。本专利技术能够实现小型化化学发光显微成像装置对多种目标检测物的即时检测；实现了生化标志物的高灵敏检测；实现了单细胞和细胞表面分子的明场-化学发光(bf-cl)双显微成像检测，为细胞表面相关分子的原位检测提供了一个简单、可靠的生物成像方法，提高了检测效率。
20、2、基于无透镜成像方案，提高了成像检测的灵敏度，可以实现高灵敏、高通量、大视场成像，对于提高化学发光成像检测性能具有重要意义。利用本专利技术的基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测技术及光子信号处理体系所包含的技术方案，本装置能够实现非常高的光子采集效率、高分辨率和大成像视野，从而可以实现对化学发光信号的高灵敏、高通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，包括基于化学发光成像的显微成像单元、光子信号采集控制单元、成像计算单元、微样流路控制单元和一体化暗室封装单元；
2.根据权利要求1所述的基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述无透镜CMOS图像传感器的电路保护薄膜为聚二甲基硅氧烷材料；化学发光反应产生的光辐射信号通过透射被无透镜CMOS图像传感器采集，用于大视场高灵敏化学发光成像，成像空间分辨率为0.5～5μm，成像视野为10～20mm2。
3.根据权利要求1所述的基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述光子信号采集控制单元、成像计算单元位于一体化暗室封装单元的外部；所述成像计算单元包括微处理器单元、显示屏和电源；所述微处理器单元用于设置图像采集参数控制和化学发光图像的处理分析。
4.根据权利要求1所述的基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述微样流路控制单元包括进样泵、切换阀，所述进样泵和化学反应池的进样口连接实现不同样品的运
5.根据权利要求1所述的基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述一体化暗室封装单元，包括上盖板、围板、底座、放置槽，所述围板与底座共同构成具有中空内腔的壳体装置，所述上盖板通过插销结构连接围板以形成翻盖结构，所述放置槽用于可拆卸式固定无透镜CMOS图像传感器。
6.根据权利要求1所述的基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述彩色图像包含光子在当前时刻的像素位置与其相邻的多个像素的亮度信息。
7.基于CMOS无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，包括基于化学发光成像的显微成像单元、光子信号采集控制单元、成像计算单元、微样流路控制单元和一体化暗室封装单元；
2.根据权利要求1所述的基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述无透镜cmos图像传感器的电路保护薄膜为聚二甲基硅氧烷材料；化学发光反应产生的光辐射信号通过透射被无透镜cmos图像传感器采集，用于大视场高灵敏化学发光成像，成像空间分辨率为0.5～5μm，成像视野为10～20mm2。
3.根据权利要求1所述的基于cmos无透镜成像的单细胞化学发光显微成像检测装置，其特征在于，所述光子信号采集控制单元、成像计算单元位于一体化暗室封装单元的外部；所述成像计算单元包括微处理器单元、显示屏和电源；所述微处理器单元用于设置图像采集参数控制和化学发光图像的处...
【专利技术属性】
技术研发人员：张芬妮，杨德红，方滢，刘清君，王镝，徐嘉豪，刘笑音，马金标，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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