[發明專利]一種用于觀測微生物行為的片上成像顯微系統

在審

• 申請號: 201910550794.1
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110220905A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 廖翰宇;費鵬;蔣宇軒;康天譽
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01;B01L3/00;G02B21/00;G02B21/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

本發明公開了一種用于觀測微生物行為的片上成像顯微系統，將微生物注入到微流控芯片中，微流控芯片內部的毛細管道能夠約束微生物的行為，保證微生物停留在可觀測范圍內，采用圖像傳感器對微流控芯片中的微生物進行成像，通過調配微流控芯片中的折射率匹配液使其與微流控芯片的外層材料的折射率保持一致，拆除圖像傳感器上的保護玻璃，將圖像傳感器與微控流芯片緊密結合，從而有效的解決了折射率適配問題，由此實現對微流控芯片中的微生物進行高分辨率成像，另外，由于圖像傳感器可以同時實現大視場和較高的分辨率的成像，從而本發明所提供的片上成像顯微系統能夠同時實現對微生物進行約束并高通量的觀測微生物的行為。

技術領域

本發明屬于生物醫學顯微成像技術領域，更具體地，涉及一種用于觀測微生物行為的片上成像顯微系統。

背景技術

在生命科學研究過程中，線蟲等微生物生命周期短，個體小，容易培養，可進行大批量操作的條件，構成身體的細胞數量相對較少，可以對構成細胞的形態和譜系進行窮盡性研究，因此常常用于形態學分析和遺傳分析等研究工作中。然而，由于線蟲等微生物的運動較快，且身體細長，在使用傳統光學顯微鏡過程中，當放大倍率調試到足以觀測到線蟲的內部細節的同時，視野內難以觀測到一只完整的線蟲，這不僅是因為線蟲的活動范圍廣，運動速度快，也因為其體態細長而難以一次性觀察全貌。

傳統的光學顯微鏡的視場和分辨率乘積為定值，即存在通量限制，僅能夠對較小視野范圍內的微生物進行高分辨率觀測，難以同時實現大視場和高分辨。相比傳統的光學顯微鏡，無透鏡顯微鏡作為新型的顯微鏡系統，可以同時實現大視場和較高的分辨率。無透鏡成像技術是將樣品與電荷耦合元件CCD或互補金屬半導體氧化物CMOS芯片等光檢測器緊密接觸、無需光學元件、直接對樣品進行成像的技術。利用該技術，可以對線蟲類微生物進行有效觀察，但是在實驗者進行各項測試與操作時需要采用比如注入鈣離子的方法來約束線蟲等微生物的行為時，容易把微生物沖走，導致無法定位出微生物的位置，從而無法有效的實現大視場和高分辨率的觀測微生物的行為。

綜上所述，提供一種能夠同時實現對微生物進行約束并高通量觀測微生物行為的片上成像顯微系統是亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種用于觀測微生物行為的片上成像顯微系統，旨在解決現有技術無法同時實現對微生物進行約束并高通量觀測微生物行為的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于觀測微生物行為的片上成像顯微系統，包括照明模塊、濾波模塊、約束成像模塊；

其中，濾波模塊置于照明模塊的正下方，與照明模塊緊密貼合，約束成像模塊放置在濾波模塊的正下方；優選地，約束成像模塊距離濾波模塊3-5cm。

照明模塊用于產生具有一定時間相干性的照明光場；優選地，可直接使用普通的或者窄帶的LED光源；

濾波模塊用于提高照明光場的空間相干性；

約束成像模塊用于基于相干全息成像原理采集被微流控芯片約束的待觀察微生物的形態圖像。

優選地，約束成像模塊包括微流控單元和探測成像單元；

其中，探測成像單元置于微流控單元的底部，與微流控單元緊密貼合；

微流控單元用于基于毛細管通道限制微生物的活動范圍，然后通過液壓控制來操控微流控芯片內微生物的運動，從而達到便于實驗和操控的目的；

探測成像單元用于實現大視場和高分辨率的對微生物成像；

優選地，微流控單元包括微流控芯片、液壓管道；

其中，微流控芯片置于微流控單元的底部，微流控芯片的中央區域內包含許多毛細管道，每根毛細管道的入口處和出口處分別連接一個液壓管道，以便通過液壓管道向微流控芯片中注入微生物樣本、反應液和折射率匹配液；