CN108732103A - 一种基于光流控成像光谱的细胞检测和分类装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置。该装置平台采用暗室结构，能有效排除激发光之外其余杂散光的干扰；根据CCD采集的细胞图像特征和光谱仪采集的细胞光谱特征同时进行两路处理，能够同时表征细胞的大小、外观等物理特征和表征细胞的内部特征，并同时具备定性、定量、定位的三维信息，将光谱分析技术的定性和定量分析特性与图像分析的定位特性结合起来，构成综合分析系统，从而提供更丰富、全面的分析信息。本发明具备检测准确、小型化、成本低的优点，解决了检测设备昂贵、人为计数误差和检测缓慢等问题，从根本上解决快速检测细胞的问题，这将对于生化传感领域起着至关重要的作用。

Description

一种基于光流控成像光谱的细胞检测和分类装置

技术领域

本发明属于拱桥技术领域，具体涉及一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置。

背景技术

成像光谱技术是集探测器技术、光弱信号检测、信息处理技术等于一体的综合技术。它的最大的特点就是将物理成像与光谱探测技术结合在一起，可以进行连续的光谱覆盖。根据光谱成像原理，光谱成像技术有两个技术基础：成像技术，采用光学手段形成与试样上各点相应的光学图像，图像上任意点的空间位置及其光学信息量值(如光学强度、色度)等都不失真地与试样上相应物点的位置、光学特性一一对应。光谱分析技术，采用光谱扫描、激发和采集技术，使每一像点正确具有与对应物点物理、化学信息对应的光谱信息量值，经适当的数字处理、光谱标定后可提供试样各点物理、化学特性的相对或绝对表征，通过这两个技术基础可以获得试样的定位、定性和定量分析信息。成像光谱技术最开始起源于地质矿物识别填图研究，逐渐扩展为植被生态、海洋海岸水色、冰雪、土壤以及大气的研究中，具有很广泛和深远的应用场景。

目前对于细胞的检测方法主要有：培养计数法、显光镜计数法、图像分析法、流式细胞仪计数法等。

培养计数法是比较传统的方法，是要在培养基上对样品进行培养，然后再用显光镜观察细胞的种群、分布、数量等。这种方法虽然简单，但耗时比较长，因为是肉眼观察，人为误差比较大，并且要求操作人员是专业相关人员，不然有可能误判出细胞个数或者漏记。

显光镜计数法，是利用高倍显光镜或荧光显光镜进行观察计数的方法。使用显光镜观察可以直接的对细胞的形态进行分析，如果细胞具备不同的形态，可以用显光镜观察法进行细胞的分类。并且可以通过细胞的尺寸大小，不同的颜色实现对细胞的分类以及通过荧光显光镜对细胞发出的荧光进行分类。虽然显光镜可以通过不同的参数对细胞进行分类，但是由于显光镜设备较大，不利于便携检测，并且需要相关的专业人员进行检测。

图像分析法，即将显光镜观察法与图像处理技术相结合的一种方法。目的是根据不同形态细胞的图像，利用图像处理技术对细胞图像进行处理，从而获取细胞的个数、形态，达到对细胞识别和分类。目前的实验室的显光镜都具备图像处理软件，可以实现对细胞的快速检测，但是设备庞大，不利于便携式的检测。

流式细胞仪计数法，其工作原理是在细胞分子水平上通过单克隆抗体对单个细胞或其他生物粒子进行多参数、快速的定量分析。它可以高速的分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数，实现对细胞的形态、大小等参数进行检测，具有速度快、精度高、准确性好的优点，是当代最先进的细胞定量分析技术之一。由于该技术发展成熟，目前已成商业的仪器，作为其他的检测方法的参考。但是由于设备庞大，操作流程复杂，一般都在实验室测量。

综上分析，细胞的准确计数及分类是至关重要的，以及细胞的活性快速实时的检测是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、精准检测并可以用于快速测量细胞活性和种类的检测方法及装置，本发明解决了检测设备昂贵、人为计数误差和检测缓慢等问题，从根本上解决快速检测细胞的问题，这将对于生化传感领域起着至关重要的作用。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，包括光激发组件1、光流控芯片2、平台3、图像采集组件4、光谱仪5和PC(计算机终端)6，其中：

所述平台3为暗室结构不透光，光激发组件1固定在平台3内，且通过光纤15将光激发组件1与微流控芯片2耦合在一起，有效排除激发光之外其余杂散光的干扰；光流控芯片2密封于平台3内，光激发组件1的光斑所覆盖区域布满所述光流控芯片2的检测区域12；图像采集组件4与光流控芯片2相互结合成一个整体，图像采集组件4与PC6相连接；同时，光流控芯片2连接光谱仪5，光谱仪5和PC6相连接，以采集光流控芯片2上的细胞的光谱特性；

所述光流控芯片2是包括PDMS16(聚二甲基硅氧烷)和载玻片17，PDMS16与载玻片17封接为一体，PDMS16表面设有样品储液池7、鞘液储液池8和废液储液池14，样品储液池7连通样品通道9，鞘液储液池8连通鞘液通道10，废液储液池14连通废液通道13，样品通道9和鞘液通道10交汇于主通道11并与主通道11连通，主通道11上设置检测区域12，并与废液通道13相连通，保证样品储液池7和鞘液储液池8中的液体能够通过主通道11和检测区域12后流入废液储液池14。

进一步地，所述的光激发组件1为光谱仪5自带的内置激光光源，固定在平台3内。

进一步地，所述的光纤15嵌入光流控芯片2的检测区域12内部，缩短光源与检测区域的位置，使得光源离检测通道更近，检测信号更灵敏。

进一步地，所述的光纤15嵌入光流控芯片2的检测区域12内部，光纤15垂直于光流控芯片2侧面嵌入并指向检测区域12，光纤15末端产生一个能够覆盖光流控芯片2的检测区域12的光斑。

进一步地，所述图像采集组件4为CCD(电荷耦合器件)。

进一步地，所述的光流控芯片2与CCD相互结合成整体，将光流控芯片2的检测区域12置于图像采集组件4即CCD的探测范围内，将CCD表面玻璃去掉，与光流控芯片2的检测区域12紧密贴合固定在一起，采用光流控芯片与CCD相结合使得装置更小巧易携带。

上述基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置的检测方法，具体如下：

在光流控芯片2上，将鞘液加入到鞘液储液池8中，将染有不同染剂的细胞加入到样品储液池7中，开启光激发组件1、图像采集组件4、光谱仪5和PC6，使鞘液和细胞分别沿着鞘液通道10和样品通道9汇集到主通道11，并经过检测区域12流入废液储液池14，细胞经过检测区域12时会被图像采集组件4采集传送至PC 6中，进而在PC 6显示出细胞的成像，同时通过光谱仪5可以观察到细胞的光谱特性。

CCD直接与PC 6端相连，光谱采集利用光谱仪5与PC 6相连，通过PC成像及光谱仪观察到的光谱特性，可获取细胞的大小、形状等外观物理特性以及通过光谱来获取细胞内部化学特征，即可以通过光谱分析技术的定性和定量分析特性与图像分析的定位特性结合起来，构成综合分析系统，从而提供细胞更丰富、全面的分析信息。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、平台采用暗室结构，能有效排除激发光之外其余杂散光的干扰；

2、光流控芯片与CCD相互结合成整体，使得装置更小巧易携带；

3、根据CCD采集的细胞图像特征和光谱仪采集的细胞光谱特征同时进行两路处理，能够同时表征细胞的大小、外观等物理特征和表征细胞的内部特征，并同时具备定性、定量、定位的三维信息，将光谱分析技术的定性和定量分析特性与图像分析的定位特性结合起来，构成综合分析系统，从而提供更丰富、全面的分析信息；

4、光纤直接内嵌在光流控芯片内部，缩短光源与检测区域的位置，使得光源离检测通道更近，检测信号更灵敏；

综上所述，本发明与其他的大型检测仪器相比，具备检测准确、小型化、成本低的优点，本发明解决了检测设备昂贵、人为计数误差和检测缓慢等问题，从根本上解决快速检测细胞的问题，这将对于生化传感领域起着至关重要的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类方法的装置的结构示意图；

图2为图1中的光流控芯片的结构示意图；

图3为实施例1中利用CCD采集到的通道内样品图；

图4为实施例1中光谱仪采集到的光谱图；

图中：1、光激发组件，2、光流控芯片3、平台，4、图像采集组件，5、光谱仪，6、PC，7、样品储液池，8、鞘液储液池，9、样品通道，10、鞘液通道，11、主通道，12、检测区域，13、废液通道，14、废液储液池，15、光纤，16、PDMS，17、载玻片，18、CCD。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例1

如图1所示，一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，包括光激发组件1、光流控芯片2、平台3、图像采集组件4、光谱仪5、和PC6，其中：

所述平台3为暗室结构不透光，光激发组件1为光谱仪自带的内置激光光源，固定在平台3内，且通过光纤15将光激发组件1与微流控芯片2耦合在一起，有效排除激发光之外其余杂散光的干扰；光流控芯片2密封于平台3内，光激发组件1的光斑所覆盖区域布满所述光流控芯片2的检测区域12；图像采集组件4与光流控芯片2相互结合成一个整体，图像采集组件4与PC6相连接；同时，光流控芯片2连接光谱仪5，光谱仪5和PC6相连接，以采集光流控芯片2上的细胞的光谱特性；

如图2所示，所述光流控芯片2是包括PDMS16和载玻片17，PDMS16与载玻片17封接为一体，PDMS16表面设有样品储液池7、鞘液储液池8和废液储液池14，样品储液池7连通样品通道9，鞘液储液池8连通鞘液通道10，废液储液池14连通废液通道13，样品通道9和鞘液通道10交汇于主通道11并与主通道11连通，主通道11上设置检测区域12，并与废液通道13相连通，保证样品储液池7和鞘液储液池8中的液体能够通过主通道11和检测区域12后流入废液储液池14；所述的光纤15嵌入光流控芯片2的检测区域12内部，光纤15垂直于光流控芯片2侧面嵌入并指向检测区域12，光纤15末端产生一个能够覆盖光流控芯片2的检测区域12的光斑，缩短光激发组件1与检测区域12的位置，使得光源离检测通道更近，检测信号更灵敏。

所述图像采集组件4为CCD18，将CCD 18的探测区域对准光流控芯片2的检测区域，然后利用CCD 18本身的重力保持与光流控芯片2的贴合状态，利用嵌入光流控芯片2的光纤15将光流控芯片2与光激发组件1-光谱仪内部自带的激光光源耦合在一起，把上述整体放入暗室结构的平台3内，平台3不漏光不透光即可。

工作时，在光流控芯片2的样品储液池7中加入染有不同染剂的细胞样品，其余各储液池加入去离子水，让样品储液池7中的液面高于废液储液池14中的液面高度，利用液面间的重力差驱动样品的流动。利用CCD 18采集到的通道内样品图如图3所示，同时光谱仪5采集到的光谱如图4所示。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，其特征在于，包括光激发组件、光流控芯片、平台、图像采集组件、光谱仪和PC，其中：

所述平台为暗室结构不透光，光激发组件固定在平台内，且通过光纤将光激发组件与微流控芯片耦合在一起，有效排除激发光之外其余杂散光的干扰；光流控芯片密封于平台内，光激发组件的光斑所覆盖区域布满所述光流控芯片的检测区域；图像采集组件与光流控芯片相互结合成一个整体，图像采集组件与PC相连接；同时，光流控芯片连接光谱仪，光谱仪和PC相连接，以采集光流控芯片上的细胞的光谱特性；

所述光流控芯片是包括PDMS和载玻片，PDMS与载玻片封接为一体，PDMS表面设有样品储液池、鞘液储液池和废液储液池，样品储液池连通样品通道，鞘液储液池连通鞘液通道，废液储液池连通废液通道，样品通道和鞘液通道交汇于主通道并与主通道连通，主通道上设置检测区域，并与废液通道相连通，保证样品储液池和鞘液储液池中的液体能够通过主通道和检测区域后流入废液储液池。

2.根据权利要求1所述的一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，其特征在于，所述的光激发组件为光谱仪自带的内置激光光源，固定在平台内。

3.根据权利要求1所述的一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，其特征在于，所述的光纤嵌入光流控芯片的检测区域内部，缩短光源与检测区域的位置，使得光源离检测通道更近，检测信号更灵敏。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，其特征在于，所述的光纤嵌入光流控芯片的检测区域内部，光纤垂直于光流控芯片侧面嵌入并指向检测区域，光纤末端产生一个能够覆盖光流控芯片的检测区域的光斑。

5.根据权利要求1所述的一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，其特征在于，所述图像采集组件为CCD。

6.根据权利要求5所述的一种基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置，其特征在于，所述的光流控芯片与CCD相互结合成整体，将光流控芯片的检测区域置于CCD的探测范围内，将CCD表面玻璃去掉，与光流控芯片的检测区域紧密贴合固定在一起。

7.基于光流控的成像光谱的细胞检测和分类装置的检测方法，其特征在于，具体如下：

在光流控芯片上，将鞘液加入到鞘液储液池中，将染有不同染剂的细胞加入到样品储液池中，开启光激发组件、图像采集组件、光谱仪和PC，使鞘液和细胞分别沿着鞘液通道和样品通道汇集到主通道，并经过检测区域流入废液储液池，细胞经过检测区域时会被图像采集组件采集传送至PC中，进而在PC显示出细胞的成像，同时通过光谱仪观察到细胞的光谱特性。