CN110540940A - 一种新型贴壁细胞培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型贴壁细胞培养装置，包括至少一个用于培养贴壁细胞的培养容器和用于图像采集的成像芯片，培养容器的顶面敞口且底面开设有显像孔，成像芯片位于显像孔的中央，成像芯片封装在管壳内，管壳的背面或者侧边设置有成像芯片封装后的电极，用于成像芯片与外部控制系统之间的输入和输出，管壳的上表面与培养容器的下表面贴合。本发明特制的细胞培养装置不但可作细胞培养的容器，而且结合其他系统并在光源的照射下，成像芯片能够直接记录贴壁细胞的投影显微图像，该观测是一个大视野的全局观测，数据能够实时传输到培养装置外面的移动终端上。

Description

一种新型贴壁细胞培养装置

技术领域

本发明涉及生物细胞培养技术领域，具体是一种新型贴壁细胞培养装置。

背景技术

现有的培养皿和细胞培养的方法，存在如下不足：

(1)市售的塑料/玻璃培养皿只是单纯作为细胞培养的容器；

(2)如果需要在培养的过程查看细胞的生长状况的话，只能将培养皿从培养箱内取出来，放到显微镜下面观测，观测完了再放回培养箱继续培养，不仅操作麻烦、带来了培养的细胞被细菌、真菌等污染的风险，而且无法实现细胞培养的实时动态监测。

放在显微镜下观测，传统显微镜存在大视场和高分辨率的矛盾，也就是放大倍数越大所能看到的单个视野越小。难以全局观测，无法完成一些需要大量统计的观测。既使现有很多显微镜能够通过机械扫描的方式实现全局扫描观测，但是耗费时间，同时针对细胞培养场景下动态的情况并不适用。

发明内容

针对上述现有技术局限，本发明目的在于提出一种新型贴壁细胞培养装置，能够容纳和培养的生物细胞样品，在外部光源的照射下，采用超小像素尺寸超大像素规模的成像芯片直接记录贴壁细胞的投影显微图像，并且实现兼具大视场和高分辨率的显微成像。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型贴壁细胞培养装置，包括至少一个用于培养贴壁细胞的培养容器和用于图像采集的成像芯片，所述培养容器的顶面敞口，且底面开设有显像孔，所述成像芯片位于所述显像孔的中央，所述成像芯片封装在管壳内，所述管壳的背面或者侧边设置有成像芯片封装后的电极，用于所述成像芯片与外部控制系统之间的输入和输出，所述管壳的上表面与所述培养容器的下表面贴合；

该贴合是指所述管壳的上表面与所述培养容器的下表面无间隙的结合，例如可以采用粘合剂粘合。

进一步地，通过PLCC方式封装有成像芯片的管壳焊接到PCB线路板上，焊接处四周包裹有紫外胶，用于隔绝焊盘与周围的环境，然后将所述PCB线路板与外部控制系统相接，所述PCB线路板与外部控制系统相接的方式可以选择排线、金手指接插件等方式。

进一步地，所述培养容器内包括至少一个培养槽，每个培养槽对应培养容器的底面均开设有与其中心轴线相同的显像孔，每个显像孔的中央对应设置有一个所述成像芯片。

进一步地，所述培养容器的顶面敞口上设有顶盖，所述顶盖的内侧壁上均匀分布有若干凸起，所述顶盖通过所述凸起与所述培养容器的侧壁可拆卸配合。

进一步地，所述成像芯片的探测器阵列采用CMOS图像传感器阵列、半浮栅晶体管阵列、复合介质栅光敏探测器阵列、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列或分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的一种。

所述半浮栅晶体管，例如，可以是文献(Wang P,Lin X,Liu L,et al.A semi-floating gate transistor for low-voltage ultrafast memory and sensingoperation.[J].Science(New York,N.Y.),2013,341(6146):640-643.)所述半浮栅晶体管结构，也可以是中国专利CN201410201614.6所述的半浮栅晶体管结构，包括半导体衬底(P型)；半导体衬底中通过离子注入形成N+型源极，通过两步离子注入形成大的N型漏极；半导体衬底上方依次设有底层介质，半浮栅，顶层介质，控制栅，底层介质中间通过刻蚀形成一个槽，使得半浮栅与漏极直接接触。相较传统的浮栅晶体管的擦写操作是通过外加高电压来控制电子隧穿过绝缘介质层，半浮栅晶体管采用了硅体内TFET的量子隧穿效应、以及采用PN结二极管来替代传统的氧化硅数据擦写窗口。

所述复合介质栅光敏探测器，例如，可以是中国专利CN200910024504.6所述的光敏复合介质栅MOSFET探测器。该光敏探测器包括：半导体衬底(P型)；半导体衬底正上方依次设有底层绝缘介质，光电子存储层，顶层绝缘介质，控制栅；半导体衬底中(靠近叠层介质两侧)通过离子注入掺杂形成N型源极和漏极。通过在控制栅极加一个大于阈值电压的栅极电压，源极和漏极之间电压差为0，P型衬底和源端设置一个大的电压差在衬底上产生相对宽的耗尽区，这样衬底中产生的冷的电子在耗尽区中电场的作用下向着栅极方向加速获得能量，这个能量大于衬底和底层介质之间的势垒时电子直接越过这个势垒进入到底层介质，并且在底层介质电场的作用下以很高的速度向着栅极方向运动，产生栅极的注入电流。

所述基于复合介质栅的双器件光敏探测单元，例如，可以是中国专利CN201610592997.3所述的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元。该光敏探测单元包括具有感光功能的复合介质栅MOS-C部分和具有读取信息功能的复合介质栅MOSFET部分，且这两部分形成在同一P型半导体衬底的上方；所述复合介质栅MOS-C部分包括在P型半导体衬底上方依次叠设的电荷耦合层、第一顶层介质层和第一控制栅极，其中，在P型半导体衬底中且电荷耦合层的下方设有N型注入层；所述复合介质栅MOSFET部分包括在所述P型半导体衬底上方依次叠设的底层介质层、所述电荷耦合层、第二顶层介质层和第二控制栅极，其中，在所述P型半导体衬底中且靠近底层介质层的一侧设有N型源极区和N型漏极区，在所述P型半导体衬底中且底层介质层的下方设有阈值调节注入区；所述P型半导体衬底中，N型注入层与N型源极区、N型漏极区之间通过设置浅槽隔离区和P+型注入区隔开。工作时：控制栅极加0偏压，衬底加负偏压脉冲，在衬底中形成耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体吸收时，产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到衬底和栅氧界面处，在该界面处聚集，使得读取晶体管阈值电压变化，以此表征光电子数目，将光信号转化成可量化的电信号。

所述分裂栅型MOSFET成像探测器，例如，可以是中国专利CN201210349285.0所述的分裂栅型MOSFET成像探测器。该成像探测器的结构包括：在衬底P型半导体材料正上方分别设有两层绝缘介质材料和控制栅极，两层绝缘介质材料之间设有光电子存储层。控制栅极面或衬底层至少有一处为对探测器探测波长范围内的光透明或半透明的窗口。衬底P型半导体材料上方浮栅MOSFET的两侧设有选择栅极，选择栅极与衬底之间设有绝缘介质层，绝缘介质层材料和厚度与底层绝缘介质层相同。两个选择栅极所控制的衬底的外围P型衬底上设有N型半导体区，构成分裂栅MOSFET的源极和漏极。两个选择栅极设在浮栅MOSFET的两侧，且选择栅极与控制栅极和光电子存储层之间用绝缘介质材料隔开，且将控制栅极所控制的衬底与成像探测器的源极和漏极隔开。与控制栅极接触的第二层绝缘介质层是阻止光电子存储层中存储的电荷流失到控制栅极的材料，与衬底P型半导体材料接触的第一层绝缘介质层即底层介质，有效隔离控制栅极控制下的衬底沟道与光电子存储层，在栅极电压足够高或入射光子能量较高时，把所述沟道中的电子扫入光电子存储层。在控制栅极加正偏压脉冲，在P型半导体衬底上加负偏压脉冲，同时在两个选择栅极上加一个负偏压脉冲，这样在控制栅极控制下的P型半导体衬底中形成一个耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体吸收时，就会产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到沟道和底层绝缘层的界面处。由于两个选择栅极施加了一个负偏压，这样就在选择栅极控制的P型半导体衬底中形成了一个高电子势垒，这个高电子势垒将控制栅极控制下的衬底与N型源极和漏极有效的隔离开，保证了衬底耗尽层中收集的光电子不会向源极和漏极方向流失，同时源极和漏极中的电子也受到这个高势垒的阻碍不得进入衬底耗尽层中。当控制栅极所加正偏压足够大时，衬底耗尽层中收集的光电子将通过F-N隧穿的方式进入光电子存储层；如果入射光子能量足够高，大于半导体与底层绝缘介质层的禁带宽度，光电子将可以通过直接隧穿的方式进入光电子存储层。在搜集光电子阶段，源极和漏极可以适当施加大小合适的正偏压，或者直接浮空。

进一步地，所述成像芯片的单个探测器单元尺寸≤1μm，探测器阵列规模≥1千万，用以保证液基细胞样品显微成像时的大视场和高分辨率。

进一步地，所述显像孔和培养槽的形状分别选自椭圆形、圆形、矩形或者圆角平行四边形中的一种。

进一步地，所述培养容器和顶盖均呈完全透明状，并且均由玻璃或有机聚合物制成。

所述外部控制系统包括控制模块、光源模块、数据采集与处理模块、数据传输模块、图像分析与显示模块、数据储存模块，所述控制模块分别与光源模块、数据采集与处理模块连接，所述数据采集与处理模块同时还与数据传输模块连接，所述数据传输模块包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种，同时与图像分析与显示模块和数据储存模块连接，图像分析与显示模块与数据储存模块连接。

所述控制模块可以选用FPGA，用于控制成像芯片工作，和控制成像时光源模块(照明灯)的开启、关闭控制，所述数据采集与处理模块接收成像芯片采集的显微图像后，通过相关图像处理算法去除和抑制投影显微图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据，如信号较弱、边缘模糊、低信噪比的图像数据进行图像增强、伪彩色着色和图像分割等处理。

所述数据传输模块，包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块，用于将处理后的芯片采集的细胞培养过程中的投影显微图像传输到图像分析与显示模块以及数据储存模块。

所述图像分析与显示模块用于接收处理完成的图像数据进行下一步的交互式分析和显示最终成像结果，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等；所述交互式分析包括对图像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。

所述数据储存模块用于建立图像数据库，储存经过数据采集与处理模块之后的图像数据或者是图像分析与显示模块之后的图像数据。该数据储存模块包含有数据库，所述数据库可以在本地存储，也可以是云端的服务器存储；所述数据储存模块将经过数据采集与处理模块处理后的数据或者图像分析与显示模块之后的数据保存进本地数据库或者通过网络上传至云端服务器，并能对数据库内的图像数据进行搜索查询、添加或删除、修改和备份。

与现有技术相比，本发明的特制的细胞培养装置不但可作细胞培养的容器，而且用本发明培养装置结合其他系统模块搭建的贴壁细胞培养监控系统，在放入培养箱后，细胞在贴到培养容器底面之后，在光源的照射下，成像芯片能够直接记录贴壁细胞的投影显微图像，而且该观测是一个大视野的全局观测，数据能够实时传输到培养装置外面的移动终端上。

附图说明

图1实施例1的新型贴壁细胞培养装置结构示意图；

图2实施例2的新型贴壁细胞培养装置结构示意图；

图3实施例3的新型贴壁细胞培养装置结构示意图；

图4实施例1中顶盖的结构示意图；

图5外部控制系统的模块连接示意图；

图6成像芯片探测器阵列示意图；

图7CMOS图像传感器结构示意图；

图8半浮栅晶体管结构示意图；

图9复合介质栅光敏探测器结构示意图；

图10基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构示意图一；

图11基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构示意图二；

图12基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构示意图三；

图13基于复合介质栅的双器件光敏探测单元结构示意图四；

图14分裂栅型MOSFET成像探测器结构示意图；

图1-14标记含义如下：1-培养容器，2-成像芯片，3-显像孔，4-管壳，5-PCB线路板，6-顶盖，7-凸起，8-培养槽，9-外部控制系统，10-探测器阵列，11-单个探测器单元，12-控制模块，13-光源模块，14-数据采集与处理模块，15-数据传输模块，16-图像分析与显示模块，17-数据储存模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

实施例1

一种新型贴壁细胞培养装置，如图1所示，包括一个用于培养贴壁细胞的圆形培养容器1和用于图像采集的成像芯片2，所述培养容器1的顶面敞口，并且底面开设有显像孔3，所述培养容器1内包括一个培养槽8，所述显像孔3与所述培养槽8的中心轴线相同，所述显像孔3和培养槽8的形状均为圆形，所述成像芯片2封装在管壳4内，所述管壳4的背面设置有成像芯片2封装后的电极，用于所述成像芯片2与外部控制系统之间的输入和输出，所述管壳4的上表面与所述培养容器1的下表面用粘合剂无间隙粘合。

通过PLCC方式封装有成像芯片2的管壳4焊接到PCB线路板5上，焊接处四周包裹有紫外胶，用于隔绝焊盘与周围的环境，然后将所述PCB线路板5与外部控制系统相接，所述PCB线路板5与外部控制系统相接的方式可以选择排线、金手指接插件等方式，本实施例里采用金手指接插件方式。

所述培养容器1的顶面敞口上设有顶盖6，如图4所示，所述顶盖6的内侧壁上均匀地分布有若干凸起7，所述顶盖6通过所述凸起7与所述培养容器1可拆卸地配合。

所述培养容器1和顶盖6均呈完全透明状，且均由聚苯乙烯(polystyrene，PS)整体注塑而成。

所述成像芯片2探测器阵列10的结构如图6所示，所述探测器阵列10由大量相同的单个探测器单元11组成，所述单个探测器单元11的结构可以是如图7所示的CMOS图像传感器、也可以是如图8所示的半浮栅晶体管，也可以是如图9所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图10、图11、图12、图13所示的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元，还可以是如图14所示的分裂栅型MOSFET成像探测器。本实施例的成像芯片2采用的探测器阵列10为如图9所示的复合介质栅光敏探测器，所述成像芯片2的单个探测器单元11的尺寸等于0.5μm，探测器阵列规模等于1.5亿，用以保证液基细胞样品显微成像时的大视场和高分辨率。

如图5所示，所述外部控制系统9包括控制模块12、光源模块13、数据采集与处理模块14、数据传输模块15、图像分析与显示模块16、数据储存模块17，所述控制模块12分别与光源模块13、数据采集与处理模块连接14，所述数据采集与处理模块14同时还与数据传输模块15连接，所述数据传输模块15包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种，同时与图像分析与显示模块16和数据储存模块17连接，图像分析与显示模块16与数据储存模块17连接。

所述控制模块12可以选用FPGA，用于控制成像芯片工作，和控制成像时光源模块(照明灯)的开启、关闭控制，所述数据采集与处理模块14接收成像芯片2采集的显微图像后，通过相关图像处理算法去除和抑制投影显微图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据，如信号较弱、边缘模糊、低信噪比的图像数据进行图像增强、伪彩色着色和图像分割等处理。

所述数据传输模块15，包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块，用于将处理后的芯片采集的细胞培养过程中的投影显微图像传输到图像分析与显示模块16以及数据储存模块17。

所述图像分析与显示模块16用于接收处理完成的图像数据进行下一步的交互式分析和显示最终成像结果，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等；所述交互式分析包括对图像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。

所述数据储存模块17用于建立图像数据库，储存经过数据采集与处理模块14之后的图像数据或者是图像分析与显示模块16之后的图像数据。该数据储存模块17包含有数据库，所述数据库可以在本地存储，也可以是云端的服务器存储；所述数据储存模块17将经过数据采集与处理模块14处理后的数据或者图像分析与显示模块16之后的数据保存进本地数据库或者通过网络上传至云端服务器，并能对数据库内的图像数据进行搜索查询、添加或删除、修改和备份。

下面简单描述一下利用本实施例装置监控贴壁细胞培养的过程：

(1)将本发明所提出的培养容器1和顶盖6进行灭菌，灭菌方式可以采取紫外光照射10min或者浸泡在浓度为75％的酒精溶液中15min；

(2)在培养容器1的培养槽8中加入2ml的培养基(DMEM+10％FBS)，取10μL生长状况良好的HCT116细胞悬液加入到培养基中，盖上顶盖6；

(3)将培养容器1连接到外部控制系统，打开培养装置开关，并将整个培养装置置于培养箱中；

(4)外部平板电脑可以和整个培养装置通过WIFI模块进行连接和通信，并通过平板电脑设置装置采集图像数据的时间间隔，查看采集到的全局观测图像数据来了解当前时刻细胞的生长状况。

实施例2

一种新型贴壁细胞培养装置，如图2所示，包括一个用于培养贴壁细胞的长方形培养容器1和用于图像采集的成像芯片2，所述培养容器1顶面敞口，并且所述培养容器1内包括多个培养槽8，每个培养槽8对应培养容器1的底面均开设有与其中心轴线相同的显像孔3，每个显像孔3的中央对应设置有一个所述成像芯片2，所述显像孔3和培养槽8的形状均为圆形，所述成像芯片2封装在管壳4内，所述管壳4的背面设置有成像芯片2封装后的电极，用于所述成像芯片2与外部控制系统之间的输入和输出，所述管壳4的上表面与所述培养容器1的下表面用粘合剂无间隙粘合。

通过PLCC方式封装有成像芯片2的管壳4焊接到PCB线路板5上，焊接处四周包裹有紫外胶，用于隔绝焊盘与周围的环境，然后将所述PCB线路板5与外部控制系统相接，所述PCB线路板5与外部控制系统相接的方式可以选择排线、金手指接插件等方式，本实施例里采用金手指接插件方式。

所述培养容器1的顶面敞口上设有顶盖6，所述顶盖6的内侧壁上均匀地分布有若干凸起7，所述顶盖6通过所述凸起7与所述培养容器1可拆卸地配合。

所述培养容器1和顶盖6均呈完全透明状，且均由聚苯乙烯(polystyrene，PS)整体注塑而成。

所述成像芯片2探测器阵列10的结构如图6所示，所述探测器阵列10由大量相同的单个探测器单元11组成，所述单个探测器单元11的结构可以是如图7所示的CMOS图像传感器、也可以是如图8所示的半浮栅晶体管，也可以是如图9所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图10、图11、图12、图13所示的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元，还可以是如图14所示的分裂栅型MOSFET成像探测器。本实施例的成像芯片2采用的探测器阵列10为如图10所示的复合介质栅光敏探测器，所述成像芯片2的单个探测器单元11的尺寸等于0.5μm，探测器阵列规模等于2.5亿，用以保证液基细胞样品显微成像时的大视场和高分辨率。

如图5所示，所述外部控制系统9包括控制模块12、光源模块13、数据采集与处理模块14、数据传输模块15、图像分析与显示模块16、数据储存模块17，所述控制模块12分别与光源模块13、数据采集与处理模块连接14，所述数据采集与处理模块14同时还与数据传输模块15连接，所述数据传输模块15包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种，同时与图像分析与显示模块16和数据储存模块17连接，图像分析与显示模块16与数据储存模块17连接。

所述控制模块12可以选用FPGA，用于控制成像芯片工作，和控制成像时光源模块(照明灯)的开启、关闭控制，所述数据采集与处理模块14接收成像芯片2采集的显微图像后，通过相关图像处理算法去除和抑制投影显微图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据，如信号较弱、边缘模糊、低信噪比的图像数据进行图像增强、伪彩色着色和图像分割等处理。

所述数据传输模块15，包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块，用于将处理后的芯片采集的细胞培养过程中的投影显微图像传输到图像分析与显示模块16以及数据储存模块17。

所述图像分析与显示模块16用于接收处理完成的图像数据进行下一步的交互式分析和显示最终成像结果，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等；所述交互式分析包括对图像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。

所述数据储存模块17用于建立图像数据库，储存经过数据采集与处理模块14之后的图像数据或者是图像分析与显示模块16之后的图像数据。该数据储存模块17包含有数据库，所述数据库可以在本地存储，也可以是云端的服务器存储；所述数据储存模块17将经过数据采集与处理模块14处理后的数据或者图像分析与显示模块16之后的数据保存进本地数据库或者通过网络上传至云端服务器，并能对数据库内的图像数据进行搜索查询、添加或删除、修改和备份。

下面简单描述一下利用本实施例装置监控贴壁细胞培养的过程：

(1)将本发明所提出的培养容器1和顶盖6进行灭菌，灭菌方式可以采取紫外光照射10min或者浸泡在浓度为75％的酒精溶液中15min；

(2)在培养容器1的培养槽8中加入2ml的培养基(DMEM+10％FBS)，取10μL生长状况良好的HCT116细胞悬液加入到培养基中，盖上顶盖6；

(3)将培养容器1连接到外部控制系统，打开培养装置开关，并将整个培养装置置于培养箱中；

(4)外部平板电脑可以和整个培养装置通过WIFI模块进行连接和通信，并通过平板电脑设置装置采集图像数据的时间间隔，查看采集到的全局观测图像数据来了解当前时刻细胞的生长状况。

实施例3

一种新型贴壁细胞培养装置，如图3所示，包括六个用于培养贴壁细胞的圆形培养容器1和用于图像采集的成像芯片2，所述培养容器1的顶面敞口，并且每个培养容器1内包括一个培养槽8，每个培养槽8对应培养容器1的底面均开设有与其中心轴线相同的显像孔3，每个显像孔3的中央对应设置有一个所述成像芯片2，所述显像孔3和培养槽8的形状均为圆形，所述成像芯片2封装在管壳4内，所述管壳4的侧边设置有成像芯片2封装后的电极，用于所述成像芯片2与外部控制系统之间的输入和输出，所述管壳4的上表面与所述培养容器1的下表面用粘合剂无间隙粘合，

通过PLCC方式封装有成像芯片2的管壳4焊接到PCB线路板5上，焊接处四周包裹有紫外胶，用于隔绝焊盘与周围的环境，然后将所述PCB线路板5与外部控制系统相接，所述PCB线路板5与外部控制系统相接的方式可以选择排线、金手指接插件等方式，本实施例里采用排线方式。

所述培养容器1的顶面敞口上设有顶盖6，所述顶盖6的内侧壁上均匀地分布有若干凸起7，所述顶盖6通过所述凸起7与所述培养容器1可拆卸地配合。

所述培养容器1和顶盖6均呈完全透明状，且均由有机玻璃一体成型制成。

所述成像芯片2探测器阵列10的结构如图6所示，所述探测器阵列10由大量相同的单个探测器单元11组成，所述单个探测器单元11的结构可以是如图7所示的CMOS图像传感器，也可以是如图8所示的半浮栅晶体管，也可以是如图9所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图10、图11、图12、图13所示的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元，还可以是如图14所示的分裂栅型MOSFET成像探测器。本实施例的成像芯片2采用的探测器阵列10为如图8所示的复合介质栅光敏探测器，所述成像芯片2的单个探测器单元11的尺寸等于1μm，探测器阵列规模等于1亿，用以保证液基细胞样品显微成像时的大视场和高分辨率。

如图5所示，所述外部控制系统9包括控制模块12、光源模块13、数据采集与处理模块14、数据传输模块15、图像分析与显示模块16、数据储存模块17，所述控制模块12分别与光源模块13、数据采集与处理模块连接14，所述数据采集与处理模块14同时还与数据传输模块15连接，所述数据传输模块15包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种，同时与图像分析与显示模块16和数据储存模块17连接，图像分析与显示模块16与数据储存模块17连接。

所述控制模块12可以选用FPGA，用于控制成像芯片工作，和控制成像时光源模块(照明灯)的开启、关闭控制，所述数据采集与处理模块14接收成像芯片2采集的显微图像后，通过相关图像处理算法去除和抑制投影显微图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据，如信号较弱、边缘模糊、低信噪比的图像数据进行图像增强、伪彩色着色和图像分割等处理。

所述数据传输模块15，包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块，用于将处理后的芯片采集的细胞培养过程中的投影显微图像传输到图像分析与显示模块16以及数据储存模块17。

所述图像分析与显示模块16用于接收处理完成的图像数据进行下一步的交互式分析和显示最终成像结果，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等；所述交互式分析包括对图像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。

所述数据储存模块17用于建立图像数据库，储存经过数据采集与处理模块14之后的图像数据或者是图像分析与显示模块16之后的图像数据。该数据储存模块17包含有数据库，所述数据库可以在本地存储，也可以是云端的服务器存储；所述数据储存模块17将经过数据采集与处理模块14处理后的数据或者图像分析与显示模块16之后的数据保存进本地数据库或者通过网络上传至云端服务器，并能对数据库内的图像数据进行搜索查询、添加或删除、修改和备份。

下面简单描述一下利用本实施例装置监控贴壁细胞培养的过程：

(1)将本发明所提出的培养容器1和顶盖6进行灭菌，灭菌方式可以采取紫外光照射10min或者浸泡在浓度为75％的酒精溶液中15min；

(2)在培养容器1的培养槽8中加入2ml的培养基(DMEM+10％FBS)，取10μL生长状况良好的HCT116细胞悬液加入到培养基中，盖上顶盖6；

(3)将培养容器1连接到外部控制系统，打开培养装置开关，并将整个培养装置置于培养箱中；

(4)外部平板电脑可以和整个培养装置通过WIFI模块进行连接和通信，并通过平板电脑设置装置采集图像数据的时间间隔，查看采集到的全局观测图像数据来了解当前时刻细胞的生长状况。

上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，包括至少一个用于培养贴壁细胞的培养容器(1)和用于图像采集的成像芯片(2)，所述培养容器(1)的顶面敞口，且底面开设有显像孔(3)，所述成像芯片(2)位于所述显像孔(3)的中央，所述成像芯片(2)封装在管壳(4)内，所述管壳(4)的背面或者侧边设置有成像芯片(2)封装后的电极，用于所述成像芯片(2)与外部控制系统(9)之间的输入和输出，所述管壳(4)的上表面与所述培养容器(1)的下表面贴合。

2.如权利要求1所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，封装有成像芯片(2)的管壳(4)焊接到PCB线路板(5)上，所述PCB线路板(5)与外部控制系统(9)相接。

3.如权利要求1所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述培养容器(1)内包括至少一个培养槽(8)，每个培养槽(8)对应培养容器(1)的底面均开设有与其中心轴线相同的显像孔(3)，每个显像孔(3)的中央对应设置有一个所述成像芯片(2)。

4.如权利要求3所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述培养容器(1)的顶面敞口上设有顶盖(6)，所述顶盖(6)的内侧壁上均匀分布有若干凸起(7)，所述顶盖(6)通过所述凸起(7)与所述培养容器(1)的侧壁可拆卸配合。

5.如权利要求1～4任意一项所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述成像芯片(2)的探测器阵列采用CMOS图像传感器阵列、半浮栅晶体管阵列、复合介质栅光敏探测器阵列、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列或分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的一种。

6.如权利要求5所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述成像芯片(2)的单个探测器单元尺寸≤1μm，探测器阵列规模≥1千万。

7.如权利要求1所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述显像孔(3)和培养槽(8)的形状分别选自椭圆形、圆形、矩形或者圆角平行四边形中的一种。

8.如权利要求1所述的一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述培养容器(1)和顶盖(6)均呈完全透明状，并且均由玻璃或有机聚合物制成。