CN105093510A - 荧光生物样品操作监控系统 - Google Patents

Abstract

一种荧光生物样品操作监控系统，供限制荧光生物样品的活动范围，以便进行观测，荧光生物样品操作监控系统包括：一个形成有一预定观测位置的基座；一对应基座、并形成有操作孔的遮罩，并供与基座共同围绕出光遮蔽腔室；一个红外光照明装置，供以红外光照明预定观测位置；一个低角度激发光源装置，包括发光方向朝向预定观测位置的激发光源，且发光波长小于红外光照明装置；一个观测显示装置，包括一影像撷取器，具有一设置于遮罩内、可撷取红外光影像，并朝向预定观测位置的镜头；及一影像显示器，供将影像撷取器所撷取的影像向遮罩外呈现。

Description

荧光生物样品操作监控系统

【技术领域】

本发明是关于一种荧光生物样品操作监控系统，防范操作者因手误而破坏荧光生物样品的完整性。

【背景技术】

荧光显微技术除用于生物研究中的细胞分析与追踪外，近年来更延伸至工业检测、伪钞辨识以及刑事鉴定等实质应用，使得荧光显微影像撷取的重要性逐渐提升，常用的荧光显微镜，主要是将一个高频的光照射在具有荧光特性的待观测物上，例如钞票的防伪线，或是刑案现场疑似血迹的位置，藉以激发出一个较低频的荧光，再加上适当的滤镜组合，便可清晰地观看或撷取上述钞票或血迹的荧光影像；此外，在生物科学的领域，许多研究是针对基因转植，为便于观察，植入的基因常会制造出荧光蛋白，藉由荧光生物样品的荧光反应有无，确认基因植入的成败，并且可以对转植成功的生物进一步深入研究。

其中部份的荧光生物样品具有很强的活动力，例如实验老鼠，并不会静止任由操作者观察而是四处跑动。过往检视实验老鼠荧光反应的观测装置并不完善，老鼠活动的空间过大，容易跑到观察镜头视角上的盲点，阻碍观测。尤其是，近年来有一种被大量研究的荧光基因斑马鱼，主要是因为此类斑马鱼繁殖量大且繁殖周期短、能产生大量后代，并具有近似人类的器官系统等特性，甚至被推广至疾病研究、药物筛选、毒物测试等相关研究，然而斑马鱼在实验中仍旧是活体生物，所以在进行上述荧光显微实验时，必须同时考虑操作时间及实验环境对生物的影响，若操作不熟练或运气不佳，也就容易导向失败的实验结果。

由于斑马鱼体积甚至小于一颗芝麻，因此在搬移置放过程中，稍有不慎即可能由滴管中滴入过多或过少的数量，使得操作结果变得不正确。另一方面，由于荧光实验中，实验标的所发的荧光太微弱，无论是相较于入射光或直接反射光、甚至漫反射光，强弱差异都非常明显，些许外部杂光也可以对实验产生严重干扰。因此，目前的荧光实验中，一方面必须把外部背景光完全隔绝，另方面也要利用滤色片等光学装置完全滤除原本的入射光波长，仅能容许荧光波长的光束射出，这也使得操作过程除异常微弱的荧光外，几乎是处在完全盲目的环境，如果量测不到上述斑马鱼的荧光反应，根本无从确认是没有荧光、还是当初根本没有放入斑马鱼。

此外，如果是要进行手术或解剖而观察荧光生物样品的内部器官，则盲目操作或些微的荧光照射并不能让操作者充分体认立体空间，操作者往往是凭着手感或是多次实验累积的经验，犹如瞎子摸象般分辨解剖的进度为何，手术或切割操作将存在失误甚至造成自身伤害的风险，导致实验的流畅性及准确性大打折扣。

因此，如何提供一种光照均匀充分、且方便操作的荧光生物样品操作监控系统，同时防范外界强光与杂光的干扰，也加强限制荧光生物样品的活动范围，并藉由低角度激发光源，回避过往因光源的直接反射，造成反射光盖过实验所需观察的荧光的事情，使得在实验的过程中，不易被其余事物打扰而中断，提升实验的整体流畅度、操作便利性及安全性，就是本发明所要达成的目标。

【发明内容】

本发明一个目的在于提供一种荧光生物样品操作监控系统，藉由红外光照明防范盲目的操作，提升实验的准确性。

本发明另一目的在于提供一种荧光生物样品操作监控系统，藉由遮罩遮蔽外界强光与杂光的干扰，提升荧光显微显像的品质。

本发明再一个目的在于提供一种形成有阻隔空间的荧光生物样品操作监控系统，让荧光生物样品无法脱离预定观测位置，提高研究实验的成功率。

本发明又另一个目的在于提供一种形成有阻隔空间的荧光生物样品操作监控系统，通过低角度光源组件，回避过往因光源的直接反射，造成反射光盖过实验所需观察的荧光的事情。

为达上述目的，本发明提供一种荧光生物样品操作监控系统，供限制至少一个荧光生物样品的活动范围，以便前述荧光生物样品操作监控系统观测前述荧光生物样品，该荧光生物样品操作监控系统包括：一个形成有一预定观测位置的基座；一个对应该基座、并形成有至少一个操作孔的遮罩，并供与该基座共同围绕出一个光遮蔽腔室；一个红外光照明装置，供以红外光照明前述预定观测位置；一个低角度激发光源装置，包括复数发光方向是以低角度朝向该预定观测位置的激发光源，前述激发光源所发光的波长小于前述红外光照明装置；一个观测显示装置，包括至少一个影像撷取器，前述影像撷取器具有一个设置于上述遮罩内、并朝向上述预定观测位置的镜头，前述影像撷取器可撷取红外光影像；及至少一个影像显示器，供将上述影像撷取器所撷取上述预定观测位置的红外光影像向该遮罩外呈现。

因此，本发明所揭示的一种荧光生物样品操作监控系统，通过低角度光源组件，回避过往因光源的直接反射，造成反射光盖过实验所需观察的荧光的事情。而过往因为直反射的困境，设置有多重滤光片来逐一滤除反射光，但也不可避免将实验所需的荧光部分滤除；只得再加装放大倍率的镜片方便肉眼捕捉荧光，这重重的镜片所费不赀，本发明通过低角度发光去除直反射光，节省镜片费用，提供低成本的装置。再者，为保持实验的流畅性，本例中的切换装置提供操作者在操作状态及监控状态间自由切换，增加操控的直觉性，并于遮罩内额外设置红外光照明设备，使得实验不至于趋向盲目的状态，可以精准地掌握荧光生物样品的动向，提升实验的精确度。

【附图说明】

图1为本发明第一较佳实施例的荧光生物样品操作监控系统剖面图，是说明斑马鱼的活动范围受到局限；

图2为图1的观测显示装置示意图，是说明藉由切换装置，动态摄影机传输相异的讯号，使得显示面罩呈现不同的影像；

图3为本发明第二较佳实施例的荧光生物样品操作监控系统剖面图，是说明老鼠的活动范围受到遮罩局限；

图4为本发明第二较佳实施例的荧光生物样品操作监控系统剖面图，是说明于观测孔上方设置滤镜及液晶显示幕，方便进行观测及操作，并藉由切换装置，动态摄影机传输相异的讯号，使得液晶显示幕进行透光与否的变换；

图5为本发明第三较佳实施例的结构示意图；

图6为本发明第三较佳实施例的方块图，是说明观测显示装置间的连动关系。

【符号说明】

1、1’、1’’…荧光生物样品操作监控系统

11、11’…基座111…预定观测位置

12、12’…遮罩121、121’…光遮蔽腔室

122、122’…操作孔123’…观测孔

124’…滤镜13…低角度激发光源装置

131、131’、131’’…激发光源132…反射部

14、14’’…观测显示装置141、141’…动态摄影机

141’’…影像撷取器142…显示面罩

142’…有机发光显示幕143、143’’…镜头

145’’…分光镜15、15’、15’’…红外光照明装置

16、16’…切换装置2…斑马鱼

2’、2’’…老鼠

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合说明书附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中，相同的元件将以相似的标号表示。

本发明第一较佳实施例的荧光生物样品操作监控系统1，如图1、图2所示，包括基座11，基座11上形成有一个预定观测位置111，是荧光生物样品在基座11上的预定活动区域，在本例中荧光生物样品例释为斑马鱼2，预定活动区域则例释为一个透光的观察皿(未标号)。基座11和一个遮罩12则对应围绕出一个光遮蔽腔室121，阻挡外在光源干扰实验的操作及观察，并限制活体荧光生物样品的最大活动范围。光遮蔽腔室121在本例中并非完全封闭，而在左右两旁分别露出两个操作孔122，供操作者伸入双手进行实验。为防范一旦有较大的活体荧光生物样品由操作孔122逃逸而脱离光遮蔽腔室121，亦可改由一组可拆式机械手臂(图未示)替代设置于操作孔122位置。方便操作者操控机械手臂，进行相关实验。

藉由基座11、周围的遮罩12，以及设置于左右操作孔122位置的布幔(或直接利用操作者的手臂)，将前述光遮蔽腔室121与外部光隔绝，大幅减低任何背景杂光入侵。而低角度激发光源装置13则包括一组指向性发光元件的激发光源131，例如发光二极管。本例中低角度激发光源装置13的激发光源131是设置于基座11上，且光束是向斜上照射；低角度激发光源装置13的反射部132，则是形成于遮罩12的内侧，将来自激发光源131的光束反射至基座11上的预定观测位置111。

为更进一步提升实验的操作便利性，本例中的荧光生物样品操作监控系统1还包括一个观测显示装置14，该装置进一步包括一个影像撷取器及一个影像显示器。其中例释为动态摄影机141的影像撷取器具有一个设置于遮罩12内、且朝向预定观测位置111的镜头143，用以撷取经红外光照明装置15照射斑马鱼2的红外光影像，前述动态摄影机141具有一个可接收波长范围，同时涵盖上述红外光照明装置15所发光的波长、及斑马鱼2受上述激发光源131照射后所发荧光的波长，由于红外光照明装置15所发光的波长较低角度激发光源装置13所发光的波长更长，已经进入近红外光范围，操作者无法以肉眼看见，因此必须通过本例中例释为显示面罩142的影像显示器辅助，将动态摄影机141所撷取的红外光影像显示于显示面罩142上，操作者藉此产生立体空间的精确对位，避免发生空间上的判读失误。

此外，本例中的荧光生物样品操作监控系统1还具有一个切换装置16，让操作者可以自主性地选择切换，当需要对斑马鱼2进行麻醉或是确认斑马鱼2是否位于预定观测位置111时，操作者先将切换装置16切换至例如一个操作状态，此时，额外设置在遮罩12内侧的红外光照明装置15被致能发光，动态摄影机141亦同步开始撷取斑马鱼2的红外光影像，并经由例如蓝牙通讯的方式，将动态摄影机141取得的红外光影像传输至显示面罩142上显现出来，以便操作者在进行解剖时，通过红外光的照明清楚分辨目前的解剖状况，降低实验操作的失误率；另方面，在确认完成后，再次启动切换装置16，切换至例如一个监测状态，此时红外光照明装置15发出的红外光熄灭，改由装设于基座11上的激发光源131发光，经过反射后，照射至荧光生物样品，动态摄影机141则改拍摄荧光影像，再传输至显示面罩142，让操作者可以清楚明了的分辨斑马鱼2体内器官的荧光反应，藉此确认荧光实验的结果。

一般而言，由于基座的散热效果优于遮罩，散热材质的选择性也较高，所以激发光源设置于基座将有利于散热，降低斑马鱼本身的动物蛋白质受到激发光源照射时因温度而破坏的机率。本例中的荧光生物样品操作监控系统为一完整的独立结构，操作者在观测完毕后，可以直接拆卸荧光生物样品操作监控系统后，单独清洗基座和遮罩，提升清理的方便性。虽然在本例中低角度激发光源装置的激发光源设置在基座上，但熟悉本技术领域人士可以自行推知，低角度激发光源装置的激发光源亦可如红外光照明装置一样设置遮罩，均不影响本发明技术的实施。

通过前述实施例的描述，可以发现本发明的几点特色。其中，通过低角度光源组件，回避过往因光源的直接反射，造成反射光盖过实验所需观察的荧光事情。而过往因为直反射的困境，设置有多重滤光片来逐一滤除反射光，但也不可避免将实验所需的荧光部分滤除，只得再加装放大倍率的镜片方便肉眼捕捉荧光，这重重的镜片所费不赀，本发明通过低角度发光去除直反射光，节省镜片费用，提供低成本的装置。再者，为保持实验的流畅性，本例中的切换装置提供操作者在操作状态及监控状态间自由切换，增加实验中的操作便利性，并于遮罩内额外设置红外光照明设备，通过本例中的动态摄影机及显示面罩，将动态摄影机取得的红外光影像，经由蓝牙无线传输的方式传输至显示面罩，使操作者产生清晰的空间感，避免发生空间上的判读失误。

本发明第二较佳实施例的荧光生物样品操作监控系统1’，如图3、图4所示，如前一实施例的遮罩12’同样在基座11’上围绕出一个光遮蔽腔室121’，阻挡外来光源干扰实验观察。光遮蔽腔室121’除具有如前一实施例的操作孔122’外，更在光遮蔽腔室121’面向操作者侧露出一个观测孔123’，且为防止激发光源131’所发的波长从观测孔123’散出，在观测孔123’上更设置有一片滤镜124’，让激发光源131’所发的光束无法通过而影响观测的结果。

此外，如前一实施例的影像撷取器在本例中仍例释为动态摄影机141’，本例中，该动态摄影机141’具有一个涵盖如前一实施例的红外光照明装置15’所发光波长的可接收波长范围，且被设置在上述观测孔123’旁，藉以提供类似的观测角度。影像显示器则例释为穿透式有机发光(OLED)显示幕142’，本例中的有机发光显示幕142’是直接设置于滤镜124’后方，配合如前一实施例中的切换装置16’，当切换至操作状态时，红外光照明装置15’便被致能而发出红外光，照射本例中例释为老鼠2’的荧光生物样品，动态摄影机141’撷取到红外光影像后，会输出一影像显示讯号给有机发光显示幕142’，有机发光显示幕142’接收到影像显示讯号后，各晶胞(cell)便会据以发光，将动态摄影机141’取得的红外光影像显示出来，供操作者依照动态摄影机141’拍摄影像进行手术或实验。

相对地；切换装置16’切换至监测状态时，有机发光显示幕142’被切换至不发光的透光状态，光遮蔽腔室121’中的激发光和荧光则将通过观测孔123’向外透出，由于滤镜124’的作用，由激发光源131’发出的光束受限于特定波长，无论是直接反射、或漫反射光，都将被过滤而几乎无法射出，激发光的穿透比例大幅下降，以便操作者可以通过透光的有机发光显示幕142’和滤镜124’，由观测孔123’直接观察老鼠2’的荧光反应。虽然在本例中低角度激发光源装置的激发光源设置于遮罩内，但熟悉本技术领域人士可以自行推知，低角度激发光源装置的激发光源亦可如前一实施例设置在基座上，同样可达成相似的功能，并不影响本实施例的实施。

本发明第三较佳实施例的荧光生物样品操作监控系统1’’，如图5、图6所示，本例中的观测显示装置14’’是一波长同时涵盖红外光和可见光的显微镜，而影像撷取器141’’则例释为一组红外光影像感测器、且红外光显微镜还具有一个介于如第一实施例的镜头143’’和红外光影像感测器之间的分光镜145’’，此处的分光镜145’’是依照波长，将红外光和可见光区别开。当镜头143’’取得经由红外光照明装置15’’照射如前一实施例的老鼠2’’的红外光影像，分光镜145’’会将激发光源131’’所激发的荧光直接通过目镜成虚像呈现，让荧光影像直接进入操作者的眼睛，方便观察老鼠2’’的荧光反应；另一方面，红外光影像则显示在例释为荧幕的影像显示器上。

由于目前的光学镜头多数可以直接容许近红外光和可见光穿透，因此本实施例中所述的显微镜，其实可以运用常见的可见光显微镜为蓝本，只需要增加可以区分红外光的分光镜，以及简单的光感测器，就可以让操作者依照荧幕上的影像进行实验操作，这样的操作方式与目前常见的例如内视镜手术类似，即可轻松看到目前的实验进度。而且在实验操作过程中，随时可以改观察目镜，察看荧光生物样品是否产生荧光反应。经由此种改善，不必使用先前技术中价值至少二十万元以上、所费不赀的荧光显微镜，大幅节省实验的经费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种荧光生物样品操作监控系统，供限制至少一个荧光生物样品的活动范围，以便前述荧光生物样品操作监控系统观测前述荧光生物样品，该荧光生物样品操作监控系统包括：

一个形成有一预定观测位置的基座；

一个对应该基座、并形成有至少一个操作孔的遮罩，并供与该基座共同围绕出一个光遮蔽腔室；

一个红外光照明装置，供以红外光照明前述预定观测位置；

一个低角度激发光源装置，包括复数发光方向是以低角度朝向该预定观测位置的激发光源，前述激发光源所发光的波长小于前述红外光照明装置；

一个观测显示装置，包括

至少一个影像撷取器，前述影像撷取器具有一个设置于上述遮罩内、并朝向上述预定观测位置的镜头，前述影像撷取器可撷取红外光影像；及

至少一个影像显示器，供将上述影像撷取器所撷取上述预定观测位置的红外光影像向该遮罩外呈现。

2.如权利要求1的荧光生物样品操作监控系统，其中该激发光源是复数个指向性发光元件。

3.如权利要求2的荧光生物样品操作监控系统，其中上述指向性发光元件是设置于该基座的复数发光二极管，且该遮罩内侧形成有一个反射部，将上述发光二极管所发的光束反射至该预定观测位置。

4.如权利要求2的荧光生物样品操作监控系统，其中上述指向性发光元件是复数设置于上述遮罩的发光二极管。

5.如权利要求1、2、3或4的荧光生物样品操作监控系统，更包括一个在一操作状态和一监测状态间切换的切换装置，使得当切换至该操作状态时，该红外光源系被致能发光，及上述影像显示器是显示上述影像撷取器所撷取的上述预定观测位置的红外光影像。

6.如权利要求5的荧光生物样品操作监控系统，其中上述影像撷取器为一动态摄影机，并具有一个可接收波长范围，涵盖上述红外光照明装置所发光的波长、及上述荧光生物样品受上述激发光源照射后所发荧光的波长。

7.如权利要求1、2、3或4的荧光生物样品操作监控系统，其中上述影像撷取器为一动态摄影机，并具有一个涵盖上述红外光照明装置所发光的波长的可接收波长范围，及上述影像显示器是一有机发光显示幕。

8.如权利要求1、2、3或4的荧光生物样品操作监控系统，其中该遮罩上更形成有一个观测孔，该观测孔上更设置有至少一片过滤上述激发光源所发光波长的滤镜。

9.如权利要求1、2、3或4的荧光生物样品操作监控系统，其中该观测显示装置是一红外光显微镜，上述影像撷取器更包括一组红外光影像感测器；以及上述红外光显微镜更包括介于上述镜头和红外光影像感测器之间的分光镜。