CN111607513A - 一种新型贴壁细胞培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型贴壁细胞培养装置，包括：PCB线路板；图像采集装置，设置在PCB线路板的上表面，图像采集装置与控制器连接；细胞培养容器，为贴壁细胞提供容器，细胞培养容器设置在图像采集装置的上方，且使细胞培养容器的侧壁的底部贴靠图像采集装置的上表面，细胞培养容器的底部设置有暴露图像采集装置的开口；图像采集装置通过所述开口对贴壁细胞进行图像采集，并将采集到的图像输出至控制器；控制器将用以处理图像以获得贴壁细胞的生长数据，并将生长数据传输至外接的显示终端中。本发明的有益效果在于：实现对细胞培养容器中的贴壁细胞进行实时监控，不仅提高了对贴壁细胞的监测精度，同时节约了实时监控空间，进而降低监测成本。

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，尤其涉及一种新型贴壁细胞培养装置。

背景技术

细胞培养是生物工程技术中一个必不可少的过程，该技术可以由一个细胞经过大量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞。通过细胞培养可以得到大量的细胞或其代谢产物。由于大多数生物产品都是从细胞得来，因此细胞培养技术是生物技术中最核心、最基础的技术。细胞培养工作现已广泛应用于生物学、医学、新药研发等各个领域，它对整个生命科学研究起到至关重要的作用。

然而目前的新型贴壁细胞培养装置只是单纯的作为细胞培养的容器，当需要在细胞的生长状况时，需要先将现有技术中的培养容器从培养箱中取出，接着放到显微镜下面观测，然后观测完毕后放回培养箱继续培养。

即上述现有技术不仅操作麻烦、而且细胞容易被细菌、真菌等污染，因此上述现有技术在图像实时监测上任有不足。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在对细胞培养容器中的贴壁细胞进行实时监控的新型贴壁细胞培养装置。

具体技术方案如下：

一种新型贴壁细胞培养装置，其中，包括：

PCB线路板；

图像采集装置，设置在PCB线路板的上表面，图像采集装置与一控制器连接；

细胞培养容器，为贴壁细胞提供容器，细胞培养容器设置在图像采集装置的上方，且使细胞培养容器的侧壁的底部贴靠图像采集装置的上表面，细胞培养容器的底部设置有暴露图像采集装置的开口；

图像采集装置通过开口对贴壁细胞进行图像采集，并将采集到的图像输出至控制器；

控制器将用以处理图像以获得贴壁细胞的生长数据，并将生长数据传输至外接的显示终端中。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集装置包括图像采集芯片，图像采集芯片封装在一封装管壳中，封装后的图像采集芯片的电极设置在封装管壳的背面和/或侧面，封装有图像采集芯片的封装管壳焊接在PCB线路板的上表面，封装管壳上表面中部暴露图像采集芯片，图像采集芯片被细胞培养容器的侧壁底部包围。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集芯片与封装管壳的交接处设置有UV胶。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集芯片突出封装管壳。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集芯片包括由多个探测器单元组成的探测器阵列。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，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和分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的任意一种。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，探测器单元的尺寸≤1μm，探测器阵列中的探测器单元的数量≥1千万。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器包括细胞培养槽和与细胞培养槽相适配的顶盖，细胞培养槽的上表面设置有顶部开口，细胞培养槽通过顶盖封盖顶部开口，细胞培养槽与顶盖可拆卸设置。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，顶盖设置有盖檐，盖檐的内侧壁上设置有内螺纹，细胞培养槽的外侧壁上设置有与内螺纹相适配的外螺纹，顶盖通过内螺纹和外螺纹与细胞培养槽可拆卸设置。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，顶盖设置有盖檐，盖檐的内侧壁上设置有凸起，顶盖通过凸起与细胞培养槽的侧壁之间保持间隙。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的容腔的形状包括圆柱体，长方体和圆角长方体中的任意一种。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的形状包括圆柱体，长方体和圆角长方体中的任意一种。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，开口的形状包括椭圆形、圆形、矩形或者圆角平行四边形中的任意一种。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的形状包括培养皿形状和培养瓶形状中的至少一种。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的数量为至少一个，每个细胞培养容器与一个图像采集装置相对应，并且每个细胞培养容器放置在对应的图像采集装置的上方。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，多个细胞培养容器并排设置，与每个细胞培养容器相对应的图像采集装置并排设置在PCB线路板的上表面，每个图像采集装置与控制器连接。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，包括多个细胞培养容器时，所有细胞培养容器包括一个顶盖，顶盖为所有细胞培养容器进行封盖。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，于细胞培养容器放置在图像采集装置的上方时，开口的中心位置贴近图像采集装置的中心位置。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器为透明容器，由玻璃或有机聚合物制成。

优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，控制器将生长数据通过有线或无线方式输出至本地或远程的显示终端中。

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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

第一，通过将细胞培养容器直接设置在图像采集装置的上方，使得图像采集装置通过开口对贴壁细胞进行图像采集，从而实现不需要物镜就可以对贴壁细胞进行图像采集，进而有效地克服显微成像时焦深小的局限性，以及成像质量更清晰；

第二，培养装置不但可以作细胞培养的容器，还可以通过图像采集装置将采集到的图像输出至控制器，控制器对图像进行处理以得到贴壁细胞的生长情况，并将贴壁细胞的生长数据输出至外接的显示终端，以直接记录贴壁细胞的生长数据，从而实现能够实时获取贴壁细胞的生长数据，进而使得用户能够实时了解贴壁细胞的生长情况；

第三，只要将细胞培养容器设置在图像采集装置的上方，就可以实现对细胞培养容器中的贴壁细胞进行实时监控，不仅提高了对贴壁细胞的监测精度，同时节约了实时监控空间，进而降低监测成本。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图一；

图2为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图二；

图3为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图三；

图4为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的顶盖的结构示意图；

图5为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的图像采集芯片的原理框图；

图6为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图四；

图7为本发明新型贴壁细胞培养装置的原理框图；

图8为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的结构示意图一；

图9为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的结构示意图二；

图10为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的结构示意图三；

图11为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的图像采集芯片的原理框图；

图12为本发明新型贴壁细胞培养装置的图像采集芯片的探测器阵列的示意图；

图13为本发明新型贴壁细胞培养装置的CMOS图像传感器的结构示意图；

图14为本发明新型贴壁细胞培养装置的半浮栅晶体管的结构示意图；

图15为本发明新型贴壁细胞培养装置的复合介质栅光敏探测器的结构示意图；

图16为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的结构示意图一；

图17为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的结构示意图二；

图18为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的结构示意图三；

图19为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元的结构示意图四；

图20为本发明新型贴壁细胞培养装置的分裂栅型MOSFET成像探测器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例一；

本发明包括一种新型贴壁细胞培养装置，如图1-3所示，包括：

PCB线路板5；

图像采集装置20，设置在所述PCB线路板5的上表面，图像采集装置20与一控制器9连接；

细胞培养容器1，为贴壁细胞提供容器，细胞培养容器1设置在图像采集装置20的上方，且使细胞培养容器1的侧壁的底部贴靠图像采集装置20的上表面，细胞培养容器1的底部设置有暴露所述图像采集装置的开口3；

图像采集装置20通过开口3对贴壁细胞进行图像采集，并将采集到的图像输出至控制器9；

控制器9将用以处理所述图像以获得贴壁细胞的生长数据，并将生长数据传输至外接的显示终端中。

在上述实施例中，细胞培养容器1直接设置在图像采集装置20的上方，且使所述细胞培养容器1的侧壁的底部贴靠所述图像采集装置20的上表面，从而使得图像采集装置20通过底部的开口3对贴壁细胞进行图像采集，因此，本实施例不需要物镜，可以有效地克服显微成像时焦深小的局限性，成像质量更清晰；

并且在上述实施例中，本实施例中的培养装置不但可作细胞培养的容器，而且可以通过图像采集装置20将采集到的图像输出至控制器9，控制器9对图像进行处理以得到贴壁细胞的生长数据，并将贴壁细胞的生长数据输出至外接的显示终端，以直接记录贴壁细胞的生长数据，从而实现能够实时获取贴壁细胞的生长数据，进而使得用户能够实时了解贴壁细胞的生长情况；

以及在上述实施例中，只要将细胞培养容器1设置在图像采集装置20的上方，就可以实现对细胞培养容器1中的贴壁细胞进行实时监控，不仅提高了对贴壁细胞的监测精度，同时节约了实时监控空间，进而降低监测成本。

在上述实施例中，细胞培养容器1可以与图像采集装置20贴合设置，从而避免在操作过程中，细胞培养容器1发生移位。

例如，将细胞培养容器1的侧壁的底部的下表面与图像采集装置20的上表面通过粘合剂粘合；

例如，通过粘合物沿细胞培养容器1的侧壁，将细胞培养容器1固定在图像采集装置20的上方。

进一步地，在上述实施例中，图像采集装置20包括图像采集芯片2，图像采集芯片2封装在一封装管壳4中，封装后的图像采集芯片2的电极设置在封装管壳4的背面和/或侧面，封装有图像采集芯片2的封装管壳4焊接在PCB线路板5的上表面，封装管壳4上表面中部暴露图像采集芯片2，使图像采集芯片2被细胞培养容器1的侧壁的底部包围，即细胞培养容器1的侧壁围拢成一个于侧向封闭且上下两端敞开的结构，该结构的下端的开口包围图像采集芯片2。

在上述实施例中，通过将图像采集芯片2封装在封装管壳4中，以隔绝图像采集芯片2与周围环境，从而延长图像采集芯片2的使用寿命。

在上述实施例中，通过将封装后的图像采集芯片2的电极设置在封装管壳4的背面和/或侧面，以避免封装后的图像采集芯片2的电极设置在封装管壳4的正面，从而避免封装后的图像采集芯片2的电极对图像采集芯片2对贴壁细胞的图像采集造成干扰。

在上述实施例中，当封装管壳4被焊接在PCB线路板5的上表面时，其焊接部位，如引脚、电极等部位，可通过密封材料进行密封。通过密封材料对封装管壳4与PCB线路板5的焊接部位进行密封，可防止封装管壳4与PCB线路板5的焊接部位在潮湿环境下发生氧化或短路。

优选的，密封材料可以选择UV胶。

在上述实施例中，通过将封装后的图像采集芯片2的电极可以实现图像采集芯片2与控制器9之间的输入和输出。

在上述实施例中，如图5所示，图像采集芯片2可以包括细胞贴壁判断单元21，细胞贴壁判断单元21用于判断细胞培养容器1中细胞是否贴到图像采集芯片2的上表面；

图像采集芯片2可以包括图像采集单元22，图像采集单元22与细胞贴壁判断单元21连接，并在细胞贴到图像采集芯片2的上表面之后形成贴壁细胞，图像采集单元22直接记录贴壁细胞的投影显微图像。

在上述实施例中，细胞培养容器1可以与封装管壳4贴合设置，从而避免在操作过程中，细胞培养容器1发生移位。

例如，将细胞培养容器1的侧壁的底部的下表面与封装管壳4的上表面通过粘合剂无间隙粘合；

例如，通过粘合物沿细胞培养容器1的侧壁，将细胞培养容器1固定在封装管壳4的上方。

作为优选的实施方式，可以在PCB线路板5上设置一个用于放置封装有图像采集芯片2的封装管壳4的凹槽18，使得封装管壳4的上表面与PCB线路板5的上表面齐平。

进一步地，作为优选的实施方式，图像采集芯片2与封装管壳4的交接处设置有UV胶(UVglue，紫外胶)。

在上述优选的实施方式中，通过在封装管壳4与图像采集芯片2的交接处的四周均设置有UV胶，可以实现图像采集芯片2与封装管壳4的边角隔绝，从而提高图像采集芯片2的使用寿命。

进一步地，作为优选的实施方式，图像采集芯片2突出封装管壳4。

进一步地，在上述实施例中，如图12所示，图像采集芯片2包括由多个探测器单元11组成的探测器阵列10。

在上述实施例中，探测器阵列10包括多个相同的单个探测器单元11。

进一步地，在上述实施例中，探测器阵列10可以采用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、分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的任意一种，在本实施例中，探测器阵列10采用CMOS图像传感器阵列；

单个探测器单元11的结构可以为如图13所示的CMOS图像传感器、也可以是如图14所示的半浮栅晶体管，也可以是如图15所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图16、图17、图18、图19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20所示的分裂栅型MOSFET成像探测器。

进一步地，在上述实施例中，探测器单元11的尺寸≤1μm，探测器阵列10中的探测器单元11的数量≥1千万。

作为优选的实施方式，探测器单元11的尺寸可以为0.5μm，探测器阵列10中的探测器单元11的数量可以为2.5亿，用以保证图像采集装置20可以采集到大视场和高分辨率的贴壁细胞的图像。

进一步地，在上述实施例中，如图1-3所示，细胞培养容器1包括细胞培养槽8和与细胞培养槽8相适配的顶盖6，细胞培养槽8的上表面设置有顶部开口，细胞培养槽8通过顶盖6封盖顶部开口，细胞培养槽8与顶盖6可拆卸设置。

进一步地，在上述实施例中，如图4所示，顶盖6设置有盖檐，盖檐的内侧壁上设置有凸起7，顶盖6通过凸起7与细胞培养槽8的侧壁之间保持间隙。

在上述实施例中，盖檐的内侧壁上均匀地分布有多个凸起7，顶盖6通过多个凸起7与所述细胞培养槽8的侧壁之间保持间隙。该间隙提供细胞培养所需的水汽和空气，使得用户不仅可以在贴壁细胞的培养过程中，不必打开顶盖6即可对贴壁细胞的培养过程进行干预；而且可以再次循环使用细胞培养容器1。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的容腔的形状可以包括不同的形状；

例如，细胞培养容器1的容腔的形状可以为圆柱体、长方体、圆角长方体。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的形状可以包括不同的形状；

例如，细胞培养容器1的形状可以为圆柱体、长方体、圆角长方体。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的容腔的形状和细胞培养容器1的形状可以相同设置，也可以不同设置；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为圆柱体时，细胞培养容器1的形状也可以为圆柱体；

例如，如图3所示，当细胞培养容器1的容腔的形状为圆柱体时，细胞培养容器1的形状可以为长方体或圆角长方体。

进一步地，在上述实施例中，开口3的形状可以包括不同的形状；

例如，开口3的形状可以为椭圆形、圆形、矩形、圆角平行四边形。

进一步地，作为优选的实施方式，细胞培养容器1的容腔的底部的形状和开口3的形状可以一致；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为非正圆柱体时，细胞培养容器1的容腔的底部的形状可以为椭圆形，此时的开口3的形状也为椭圆形；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为正圆柱体时，细胞培养容器1的容腔的底部的形状可以为圆形，此时的开口3的形状也为圆形；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为长方体时，细胞培养容器1的容腔的底部的形状可以为长方形，此时的开口3的形状也为长方形。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的高度可以不同；

例如，细胞培养容器1的形状可以为高度较低的培养皿形状；

例如，如图6所示，细胞培养容器1的形状可以为高度较高的培养瓶形状。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的数量为至少一个，每个细胞培养容器1与一个图像采集装置20相对应，并且每个细胞培养容器1放置在对应的图像采集装置20的上方。

进一步地，在上述实施例中，多个细胞培养容器1并排设置，与每个细胞培养容器1相对应的图像采集装置20并排设置在PCB线路板5的上表面，每个图像采集装置20与控制器9连接。

例如，多个细胞培养容器1可以并列成一排设置，每个图像采集装置20也列成一排设置在PCB线路板5的上表面，并且每个细胞培养容器1与一个图像采集装置20对应设置，以及每个图像采集装置20可以和一个控制器9连接。

例如，多个细胞培养容器1可以并列成多排设置，每个图像采集装置20也列成多排设置在PCB线路板5的上表面，并且细胞培养容器1与图像采集装置20一一对应设置，以及每个图像采集装置20可以和一个控制器9连接。

在上述优选的实施方式，通过在一块PCB线路板5上设置多个细胞培养容器1和与每个细胞培养容器1相对应的图像采集装置20，从而可以方便对多个细胞培养容器1进行进、出细胞培养箱操作，并且节约培养空间，进而可以同时对多个细胞培养容器1中的细胞进行培养，节约培养时间。

进一步地，在上述实施例中，包括多个细胞培养容器1时，所有细胞培养容器1包括一个顶盖6，顶盖6为所有细胞培养容器1进行封盖。

在上述实施例中，顶盖6的形状可以根据所有细胞培养容器1组合的形状进行设置；

例如，每个细胞培养容器1的形状为长方体，即每个细胞培养容器1的上端的形状为矩形，并且每个细胞培养容器1紧贴设置，此时的顶盖6的形状可以为矩形，一个顶盖6可以为所有矩形的细胞培养容器1进行封盖；

例如，每个细胞培养容器1的形状为圆柱体，即每个细胞培养容器1的上端的形状为圆形，并且每个细胞培养容器1紧贴设置，此时的顶盖6的形状可以相互连接的多个圆形，一个顶盖6可以为所有圆形的细胞培养容器1进行封盖。

在此实施方式中，同样的要使顶盖6封盖每个细胞培养容器1后具有必要的水汽、空气流通手段，如可在顶盖6对应每个细胞培养容器1的位置分别设置通孔，或者在顶盖6对应每个细胞培养容器1的内侧壁及顶面内测设置凸起的手段，使顶盖6与每个细胞培养容器1的侧壁之间具有间隙。

进一步地，在上述实施例中，于细胞培养容器1放置在图像采集装置20的上方时，细胞培养容器1的开口3的中心位置贴近图像采集装置20的中心位置。

在上述实施例中，通过将细胞培养容器1的开口3的中心位置贴近图像采集装置20的中心位置设置，可以使得图像采集装置20采集到最大范围内的贴壁细胞的图像。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1为透明容器，由玻璃或有机聚合物制成。

在上述优选的实施方式中，细胞培养容器1采用的透明材料可以为PC(polycarbonate，聚碳酸酯)、PMMA(poly-methylmethacrylate，聚酸甲酯)、PS(polystyrene，聚苯乙烯)、PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯)、PVC(polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PFA(perfluoroalkoxy，全氟烷氧基树脂)、FEP(fluorinated ethylenepropylene，聚全氟乙丙烯)、COC(Cyclic Olefin Copolymer，环烯烃共聚物)、TPE(Thermoset Polyester，热固性聚酯)、PUMA(Polyurethane Methacrylate，聚氨酯甲基丙烯酸酯)等。

在上述优选的实施方式中，细胞培养容器1可以由有机聚合物整体注塑而成。

进一步地，在上述实施例中，所述控制器9将所述生长数据通过有线或无线方式输出至本地或远程的所述显示终端中。

在上述实施例中，如图7所示，控制器9可以包括：

光源模块13，用于给图像采集装置20提供光源；

控制模块12，与光源模块13连接，用于控制图像采集装置20工作，和控制光源模块13的开启与关闭，

数据采集与处理模块14，与控制模块12连接，用于接收图像采集装置20工作时采集到的贴壁细胞的图像，并对贴壁细胞的图像进行图像处理，以得到处理图像，上述处理图像用于表示贴壁细胞的生长数据；

图像分析与显示模块16，通过数据传输模块15分别与数据采集与处理模块14和外接的显示终端连接，用于接收处理完成的处理图像进行交互式分析，并且将分析后的处理图像传输至外接的显示终端中；

数据储存模块17，通过数据传输模块15与图像分析与显示模块16连接，用于存储图像分析与显示模块16分析后的处理图像。

在上述实施例中，光源模块13可以为照明灯，例如LED灯，为图像采集装置20提供光源；

作为优选的实施方式，控制模块12可以选用FPGA。

作为优选的实施方式，显示终端可以为本地的显示终端；

作为优选的实施方式，显示终端可以为远程的显示终端；

例如，显示终端可以为手机、平板电脑和笔记本电脑等。

在上述实施例中，交互式分析包括对处理图像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。

在上述实施例中，数据采集与处理模块14可以通过相关图像处理算法去除和抑制贴壁细胞的图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据进行处理，以得到处理图像，上述处理图像用于表示贴壁细胞的生长数据。

作为优选的实施方式，数据采集与处理模块14可以通过相关图像处理算法对如信号较弱、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。

在上述实施例中，数据储存模块17用于建立图像数据库，图像数据库可以储存数据采集模块采集到的图像，数据处理模块处理后的图像，和图像分析与显示模块16分析后的处理图像。

作为优选的实施方式，图像数据库可以在建立在本地，所述数据储存模块17将数据采集模块采集到的图像，数据处理模块处理后的图像，和图像分析与显示模块16分析后的处理图像保存进本地的图像数据库，并能对本地的图像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；

作为优选的实施方式，图像数据库也可以建立在云端的服务器；所述数据储存模块17将数据采集模块采集到的图像，数据处理模块处理后的图像，和图像分析与显示模块16分析后的处理图像通过网络上传至云端服务器，并能对云端服务器中的图像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。

在上述实施例中，数据传输模块15包括有线传输和无线传输；

其中，无线传输包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种。

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)将本发明所提出的细胞培养容器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)在细胞培养容器1的细胞培养槽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)将细胞培养槽8连接到控制器9，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。

实施例二；

本发明包括一种新型贴壁细胞培养装置，如图7-10所示，包括：

PCB线路板5；

图像采集装置20，设置在PCB线路板5的上表面，图像采集装置20与一控制器9连接；

细胞培养容器1，为贴壁细胞提供容器，细胞培养容器1放置在图像采集装置20的上方，细胞培养容器1的底部设置有暴露图像采集装置20的开口3；

图像采集装置20通过开口3对贴壁细胞进行图像采集，并将采集到的图像输出至控制器9；

所述控制器9将处理得到的所述贴壁细胞的生长数据传输至外接的显示终端中。

在上述实施例中，细胞培养容器1直接设置在图像采集装置20的上方，使得图像采集装置20通过开口3对贴壁细胞进行图像采集，因此，本实施例不需要物镜，可以有效地克服显微成像时焦深小的局限性，成像质量更清晰；

并且在上述实施例中，本实施例中的培养装置不但可作细胞培养的容器，而且可以通过图像采集装置20将采集到的图像输出至控制器9，控制器9对图像进行处理以得到贴壁细胞的生长数据，并将贴壁细胞的生长数据输出至外接的显示终端，以直接记录贴壁细胞的生长数据，从而实现能够实时获取贴壁细胞的生长数据，进而使得用户能够实时了解贴壁细胞的生长情况；

以及在上述实施例中，只要将细胞培养容器1设置在图像采集装置20的上方，就可以实现对细胞培养容器1中的贴壁细胞进行实时监控，不仅提高了对贴壁细胞的监测精度，同时节约了实时监控空间，进而降低监测成本。

作为优选的实施方式，细胞培养容器1可以直接放置在图像采集装置20的上方，使得放置操作简单。

作为优选的实施方式，细胞培养容器1可以可拆卸设置在图像采集装置20的上方，从而避免细胞培养容器1发生移位；

例如，如图10所示，设置一个与细胞培养容器1相适配的凹槽18，凹槽18的中心位置设置有图像采集装置20，与细胞培养容器1放置在凹槽18中时，细胞培养容器1位于图像采集装置20的正上方；

其中，凹槽18可以和细胞培养容器1通过螺纹可拆卸设置；

其中，细胞培养容器1可以正好卡在凹槽18中。

进一步地，在上述实施例中，图像采集装置20包括图像采集芯片2，图像采集芯片2封装在一封装管壳4中，封装后的图像采集芯片2的电极设置在封装管壳4的背面和/或侧面，封装有图像采集芯片2的封装管壳4焊接在PCB线路板5的上表面，封装管壳4上表面的中部暴露图像采集芯片2，图像采集芯片2被细胞培养容器1的侧壁底部包围。

在上述实施例中，通过将图像采集芯片2封装在封装管壳4中，以隔绝图像采集芯片2与周围环境，从而延长图像采集芯片2的使用寿命。

在上述实施例中，通过将封装后的图像采集芯片2的电极设置在封装管壳4的背面和/或侧面，以避免封装后的图像采集芯片2的电极设置在封装管壳4的正面，从而避免封装后的图像采集芯片2的电极对图像采集芯片2对贴壁细胞的图像采集造成干扰。

在上述实施例中，当封装管壳4被焊接在PCB线路板5的上表面时，其焊接部位，如引脚、电极等部位，可通过密封材料进行密封。通过密封材料对封装管壳4与PCB线路板5的焊接部位进行密封，可防止封装管壳4与PCB线路板5的焊接部位在潮湿环境下发生氧化或短路。

优选的，密封材料可以选择UV胶。

在上述实施例中，通过将封装后的图像采集芯片2的电极可以实现图像采集芯片2与控制器9之间的输入和输出。

在上述实施例中，如图11所示，图像采集芯片2可以包括细胞识别单元23，并通过细胞识别单元23对细胞培养容器1中的贴壁细胞进行识别；

图像采集芯片2可以包括细胞运动检测单元24，细胞运动检测单元24与细胞识别单元23连接，用于对贴壁细胞的，从而运动轨迹进行记录。

在上述实施例中，细胞培养容器1可以与封装管壳4贴合设置，从而避免在操作过程中，细胞培养容器1发生移位。

例如，将细胞培养容器1的侧壁的底部的下表面与封装管壳4的上表面通过粘合剂无间隙粘合；

例如，通过粘合物沿细胞培养容器1的侧壁，将细胞培养容器1固定在封装管壳4的上方。

作为优选的实施方式，可以在PCB线路板5上设置一个用于放置封装有图像采集芯片2的封装管壳4的凹槽18，使得封装管壳4的上表面与PCB线路板5的上表面齐平。

进一步地，作为优选的实施方式，图像采集芯片2与封装管壳4的交接处设置有UV胶(UVglue，紫外胶)。

在上述优选的实施方式中，通过在封装管壳4与图像采集芯片2的交接处的四周均设置有UV胶，可以实现图像采集芯片2与封装管壳4的边角隔绝，从而提高图像采集芯片2的使用寿命。

进一步地，作为优选的实施方式，图像采集芯片2突出封装管壳4。

进一步地，在上述实施例中，如图12所示，图像采集芯片2包括由多个探测器单元11组成的探测器阵列10。

在上述实施例中，探测器阵列10包括多个相同的单个探测器单元11。

进一步地，在上述实施例中，探测器阵列10可以采用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10、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列、分裂栅型MOSFET成像探测器阵列10中的任意一种，在本实施例中，探测器阵列10采用CMOS图像传感器阵列。

进一步地，在上述实施例中，探测器单元11的尺寸≤1μm，探测器阵列10中的探测器单元11的数量≥1千万。

作为优选的实施方式，探测器单元11的尺寸可以为0.5μm，探测器阵列10中的探测器单元11的数量可以为2.5亿，用以保证图像采集装置20可以采集到大视场和高分辨率的贴壁细胞的图像。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1包括细胞培养槽8和与细胞培养槽8相适配的顶盖6，细胞培养槽8的上表面设置有顶部开口，细胞培养槽8通过顶盖6封盖顶部开口，细胞培养槽8与顶盖6可拆卸设置。

进一步地，在上述实施例中，顶盖6设置有盖檐，盖檐的内侧壁上设置有内螺纹，细胞培养槽8的外侧壁上设置有与内螺纹相适配的外螺纹，顶盖6通过内螺纹和外螺纹与细胞培养槽8可拆卸设置。在此基础上，可在顶盖6上设置通孔，以提供细胞培养所需的水汽和空气。该通孔提供细胞培养所需的水汽和空气，使得用户不仅可以在贴壁细胞的培养过程中，不必打开顶盖6即可对贴壁细胞的培养过程进行干预；而且可以再次循环使用细胞培养容器1。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的容腔的形状可以包括不同的形状；

例如，细胞培养容器1的容腔的形状可以为圆柱体、长方体、圆角长方体。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的形状可以包括不同的形状；

例如，细胞培养容器1的形状可以为圆柱体、长方体、圆角长方体。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的容腔的形状和细胞培养容器1的形状可以相同设置，也可以不同设置；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为圆柱体时，细胞培养容器1的形状也可以为圆柱体；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为圆柱体时，细胞培养容器1的形状可以为长方体或圆角长方体。

进一步地，在上述实施例中，开口3的形状可以包括不同的形状；

例如，开口3的形状可以为椭圆形、圆形、矩形、圆角平行四边形。

进一步地，作为优选的实施方式，细胞培养容器1的容腔的底部的形状和开口3的形状可以一致；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为非正圆柱体时，细胞培养容器1的容腔的底部的形状可以为椭圆形，此时的开口3的形状也为椭圆形；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为正圆柱体时，细胞培养容器1的容腔的底部的形状可以为圆形，此时的开口3的形状也为圆形；

例如，当细胞培养容器1的容腔的形状为长方体时，细胞培养容器1的容腔的底部的形状可以为长方形，此时的开口3的形状也为长方形。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的高度可以不同；

例如，细胞培养容器1的形状可以为高度较低的培养皿形状；

例如，细胞培养容器1的形状可以为高度较高的培养瓶形状。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1的数量为一个，细胞培养容器1与图像采集装置20相对应，并且细胞培养容器1放置在图像采集装置20的上方。

进一步地，在上述实施例中，于细胞培养容器1放置在图像采集装置20的上方时，细胞培养容器1的开口3的中心位置贴近图像采集装置20的中心位置。

在上述实施例中，通过将细胞培养容器1的开口3的中心位置贴近图像采集装置20的中心位置设置，可以使得图像采集装置20采集到最大范围内的贴壁细胞的图像。

进一步地，在上述实施例中，细胞培养容器1为透明容器，由玻璃或有机聚合物制成。

在上述优选的实施方式中，细胞培养容器1采用的透明材料可以为PC、PMMA、PS、PET、PVC、PFA、FEP、COC、TPE、PUMA等。

在上述优选的实施方式中，细胞培养容器1可以由有机聚合物整体注塑而成。

进一步地，在上述实施例中，所述控制器9将所述生长数据通过有线或无线方式输出至本地或远程的所述显示终端中。

在上述实施例中，控制器9可以包括：

光源模块13，用于给图像采集装置20提供光源；

控制模块12，与光源模块13连接，用于控制图像采集装置20工作，和控制光源模块13的开启与关闭，

数据采集与处理模块14，与控制模块12连接，用于接收图像采集装置20工作时采集到的贴壁细胞的图像，并对贴壁细胞的图像进行图像处理，以得到处理图像，上述处理图像用于表示贴壁细胞的生长数据；

图像分析与显示模块16，通过数据传输模块15分别与数据采集与处理模块14和外接的显示终端连接，用于接收处理完成的处理图像进行交互式分析，并且将分析后的处理图像传输至外接的显示终端中；

数据储存模块17，通过数据传输模块15与图像分析与显示模块16连接，用于存储图像分析与显示模块16分析后的处理图像。

在上述实施例中，光源模块13可以为照明灯，例如LED灯，为图像采集装置20提供光源；

作为优选的实施方式，控制模块12可以选用FPGA。

作为优选的实施方式，显示终端可以为本地的显示终端；

作为优选的实施方式，显示终端可以为远程的显示终端；

例如，显示终端可以为手机、平板电脑和笔记本电脑等。

在上述实施例中，交互式分析包括对处理图像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。

在上述实施例中，数据采集与处理模块14可以通过相关图像处理算法去除和抑制贴壁细胞的图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据进行处理，以得到处理图像，上述处理图像用于表示贴壁细胞的生长数据。

作为优选的实施方式，数据采集与处理模块14可以通过相关图像处理算法对如信号较弱、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。

在上述实施例中，数据储存模块17用于建立图像数据库，图像数据库可以储存数据采集模块采集到的图像，数据处理模块处理后的图像，和图像分析与显示模块16分析后的处理图像。

作为优选的实施方式，图像数据库可以在建立在本地，所述数据储存模块17将数据采集模块采集到的图像，数据处理模块处理后的图像，和图像分析与显示模块16分析后的处理图像保存进本地的图像数据库，并能对本地的图像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；

作为优选的实施方式，图像数据库也可以建立在云端的服务器；所述数据储存模块17将数据采集模块采集到的图像，数据处理模块处理后的图像，和图像分析与显示模块16分析后的处理图像通过网络上传至云端服务器，并能对云端服务器中的图像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。

在上述实施例中，数据传输模块15包括有线传输和无线传输；

其中，无线传输包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种。

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)将本发明所提出的细胞培养容器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)在细胞培养容器1的细胞培养槽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)将细胞培养槽8连接到控制器9，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。

实施例三；

一种新型贴壁细胞培养装置，如图8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12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13所示的CMOS图像传感器、也可以是如图14所示的半浮栅晶体管，也可以是如图15所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图16、图17、图18、图19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20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15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7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。

实施例四；

一种新型贴壁细胞培养装置，如图3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12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13所示的CMOS图像传感器、也可以是如图14所示的半浮栅晶体管，也可以是如图15所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图16、图17、图18、图19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20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16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7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。

实施例五；

一种新型贴壁细胞培养装置，如图1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12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13所示的CMOS图像传感器，也可以是如图14所示的半浮栅晶体管，也可以是如图15所示的复合介质栅光敏探测器，也可以是如图16、图17、图18、图19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20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14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7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。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (28)

1.一种新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，包括：

PCB线路板；

图像采集装置，设置在所述PCB线路板的上表面，所述图像采集装置与一控制器连接；

细胞培养容器，为贴壁细胞提供容器，所述细胞培养容器设置在所述图像采集装置的上方，且使所述细胞培养容器的侧壁的底部贴靠所述图像采集装置的上表面，所述细胞培养容器的底部设置有暴露所述图像采集装置的开口；

所述图像采集装置通过所述开口对所述贴壁细胞进行图像采集，并将采集到的图像输出至所述控制器；

所述控制器将用以处理所述图像以获得所述贴壁细胞的生长数据，并将所述生长数据传输至外接的显示终端中。

2.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述图像采集装置包括图像采集芯片，所述图像采集芯片封装在一封装管壳中，封装后的所述图像采集芯片的电极设置在所述封装管壳的背面和/或侧面，封装有所述图像采集芯片的所述封装管壳焊接在所述PCB线路板的上表面，所述封装管壳上表面中部暴露所述图像采集芯片，所述图像采集芯片被所述细胞培养容器的侧壁底部包围。

3.如权利要求2所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述图像采集芯片与所述封装管壳的交接处设置有UV胶。

4.如权利要求2所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述图像采集芯片突出所述封装管壳。

5.如权利要求2所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述图像采集芯片包括由多个探测器单元组成的探测器阵列。

6.如权利要求5所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述探测器阵列采用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和分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的任意一种。

7.如权利要求5所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述探测器单元的尺寸≤1μm，所述探测器阵列中的所述探测器单元的数量≥1千万。

8.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养容器包括细胞培养槽和与所述细胞培养槽相适配的顶盖，所述细胞培养槽的上表面设置有顶部开口，所述细胞培养槽通过所述顶盖封盖所述顶部开口，所述细胞培养槽与所述顶盖可拆卸设置。

9.如权利要求8所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述顶盖设置有盖檐，所述盖檐的内侧壁上设置有内螺纹，所述细胞培养槽的外侧壁上设置有与所述内螺纹相适配的外螺纹，所述顶盖通过所述内螺纹和所述外螺纹与所述细胞培养槽可拆卸设置。

10.如权利要求8所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述顶盖设置有盖檐，所述盖檐的内侧壁上设置有凸起，所述顶盖通过所述凸起与所述细胞培养槽的侧壁之间保持间隙。

11.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养容器的容腔的形状包括圆柱体，长方体和圆角长方体中的任意一种。

12.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养容器的形状包括圆柱体，长方体和圆角长方体中的任意一种。

13.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述开口的形状包括椭圆形、圆形、矩形或者圆角平行四边形中的任意一种。

14.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养容器的形状包括培养皿形状和培养瓶形状中的至少一种。

15.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养容器的数量为至少一个，每个所述细胞培养容器与一个所述图像采集装置相对应，并且每个所述细胞培养容器放置在对应的所述图像采集装置的上方。

16.如权利要求15所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，多个所述细胞培养容器并排设置，与每个所述细胞培养容器相对应的所述图像采集装置并排设置在所述PCB线路板的上表面，每个所述图像采集装置与所述控制器连接。

17.如权利要求15所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，包括多个所述细胞培养容器时，所有所述细胞培养容器包括一个顶盖，所述顶盖为所有所述细胞培养容器进行封盖。

18.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，于所述细胞培养容器放置在所述图像采集装置的上方时，所述开口的中心位置贴近所述图像采集装置的中心位置。

19.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述细胞培养容器为透明容器，由玻璃或有机聚合物制成。

20.如权利要求1所述的新型贴壁细胞培养装置，其特征在于，所述控制器将所述生长数据通过有线或无线方式输出至本地或远程的所述显示终端中。

21.一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。

22.如权利要求21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。

23.如权利要求21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)。

24.如权利要求23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。

25.如权利要求21-24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。

26.如权利要求25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。

27.如权利要求21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。

28.如权利要求21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。

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