CN112986201A - 一种自动荧光扫描检测设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动荧光扫描检测设备及其方法，包括下机体，所述下机体的底部设置有底板，且底板的上端面左端垂直固定有左固定板，且底板的上端面右端垂直固定有右固定板，所述左固定板的内侧面中部和有右固定板的内侧面中部之间固定有分隔板，且左固定板和右固定板的上端头分别垂直固定在顶板的底面左右两端，所述顶板的中部安装有显微成像系统，且显微成像系统的中部后侧安装有自动调焦系统，所述自动调焦系统下部安装有物镜成像系统，且物镜成像系统的下端朝向移动平台结构上的活动块。该自动荧光扫描检测方法，进行详细介绍设备操作步骤，并对每一步骤进行更细致叙述，有助于用户更简单理解和操作，使得设备使用更加便利。
Description
技术领域
本发明涉及荧光扫描检测相关技术领域，具体为一种自动荧光扫描检测设备及其方法。
背景技术
荧光检测是一种自然发光反应，通过荧光素酶与ATP进行反应，可检测人体细胞、细菌、霉菌、食物残渣。在15秒钟内得到反应结果，光照度通过专用设备进行测量，并以数字形式予以表示，在1975年首先被应用到食品工业中，在1985年在化妆品制造业中得到应用。
荧光检测的主要缺点在于只有少数化合物产生荧光，大多数的分子不发荧光，但含有可衍生的官能团用于合成能发荧光的衍生物，例如，邻苯二甲醛是一种常用荧光基团用于柱后衍生氨基酸。虽然荧光检测很灵敏，但对于常见的样品分析来说不需要如此高的灵敏度，因为ELSD的响应不依赖于荧光基团，所以不需要衍生，因此大大降低了样品预处理和分析时间，荧光检测的优点是速度快，非常适合做大数量统计，且样品只被检测一次，完全荧光检测不用担心荧光淬灭的问题。
但是，现有的荧光检测设备操作方法设置复杂，并不便于用户理解和使用，导致用户操作存在诸多失误，使用并不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动荧光扫描检测设备及其方法，以解决上述背景技术中提出的荧光检测设备操作方法设置复杂，并不便于用户理解和使用，导致用户操作存在诸多失误，使用并不方便的问题。
本发明的目的是提供一种自动荧光扫描检测设备及其方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种自动荧光扫描检测设备，包括下机体，所述下机体的底部设置有底板，且底板的上端面左端垂直固定有左固定板，且底板的上端面右端垂直固定有右固定板，所述左固定板的内侧面中部和有右固定板的内侧面中部之间固定有分隔板，且左固定板和右固定板的上端头分别垂直固定在顶板的底面左右两端；
所述顶板的中部安装有显微成像系统，且显微成像系统的中部后侧安装有自动调焦系统，所述自动调焦系统下部安装有物镜成像系统，且物镜成像系统的下端朝向移动平台结构上的活动块，所述移动平台结构安装在底板上端面中部。
进一步的，所述下机体的上端安装有上机体，且上机体上安装有PC机，并且PC机的前侧面上部安装有触控显示屏，且PC机的前侧面下部中间设置有控制按钮，并且PC机的后侧面设置有顶罩。
进一步的，所述下机体的前侧面中部设置有进口槽，且下机体的左侧面和右侧面上均设置有散热孔，并且下机体的外壳体采用航空铝合金材质。
进一步的，所述移动平台结构的中部安装有X轴移动台，且X轴移动台在水平面上左右移动活动，并且X轴移动台的上部安装有Y轴移动台，且Y轴移动台在水平面上前后移动活动，并且活动块安装在Y轴移动台的上端面上，且活动块上开设有凹槽。
进一步的，所述分隔板的上端面左部安装有光源切换机构和压电陶瓷调节结构，且压电陶瓷调节结构位于光源切换机构的右侧方，并且压电陶瓷调节结构的右部安装在PC机的下部上。
进一步的，所述显微成像系统的中部设置有管镜结构，且管镜结构的上端安装有镜头接口，并且镜头接口上安装有成像CCD。
进一步的，所述右固定板、顶板、分隔板、左固定板和底板构成内部框架结构，且左固定板和右固定板关于分隔板呈左右对称结构，并且右固定板、顶板、分隔板和左固定板采用航空铝合金材质，并且内部框架结构一体式结构。
进一步的，所述活动块上设置有六组样品孔槽，且六组样品孔槽呈现三乘二的阵列式排布，并且每组孔槽内的检测样品设置有九组检测点。
一种自动荧光扫描检测方法，其扫描检测方法包括如下步骤：显微镜预览、自动扫描、自动对焦、显微拍照以及采集配置，其特征在于：
步骤A.显微镜预览：
a.预览图像，实时成像；
b.可拖动图像移动，进行视野转移；
c.视野放缩，实时预览的视野进行放大、缩小，适应屏幕大小；
d.自动调整对焦位置；
e.图像标准，在预览窗口上对图像进行标注，对视野内的物体进行尺寸测量。
步骤B.自动扫描：
a.镜头移动到初始位置；
b.切换为目标补光光源，并调整光源亮度到设定值；
c.开始自动对焦，并在对焦完成后采集第1张图片；
d.根据设置的列偏移量开始采集第一行照片；
e.第一行采集完毕后根据设置的行偏移量转到第二行，重复第3步采集第2行图片；
f.重复第4步，完成m行的图片采集。
步骤C.自动对焦：自动对焦跟焦，当载玻片移动的时候，拍摄焦点会发生变化，此时要重新对焦才能拍出清晰的照片。
a.镜头移动到设定位置；
b.对焦激光光源，采集光斑图像；
c.根据光斑图像计算离焦量和离焦方向；
d.根据离焦量和离焦方向移动镜头；
e.再次采集光斑图像，计算离焦量，如果离焦量满足需求，则对焦成功，否则重复步骤(4)。
步骤D.显微拍照：
a.放置载玻片，设置要使用的灯光；
b.根据载玻片上开孔位置，通过设置(X,Y)位置将镜头移动到目标位置上；c.根据载玻片厚度,通过设置Z轴位置将镜头移动到合适高度上；
d.打开自动对焦，系统根据当前对焦数值自动移动物镜，准且对焦到物象上；
e.根据需要移动(X,Y)位置，拍照。
步骤E.采集配置:基于样品特点及检测要求，检测的第一步需要可获得清晰、符合检测要求的照片，由于放大成像光学系统中，景深通常只有几微米,在采图过程中需要保持实时聚焦状态、同时要消除震动，采用需要先进行单孔采集配置再到多孔采集配置。
作为进一步的技术方案是，所述步骤C中自动对焦所采用的光源为785nm，80-100mW激光二极管，通过设备控制器上的LED控制模块控制，激光管的恒流驱动器与激光管一同集成在自动对焦模组。
作为进一步的技术方案是，所述步骤D中设置要使用的灯光包括有补光灯，且补光灯采用LED光源，并且波段分别为365nm、475nm光源。
作为进一步的技术方案是，所述步骤C中的自动对焦中所采用的对焦电机为4线步进电机，激光自动对焦精度设置为3um<x<28um，最小移动增量为0.375um，最大移动行程为5.5mm，拍照速度为30Hz。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中的PC机起到控制显微镜相机、对焦相机、电源以及设备控制器的作用，从而方便在触控显示屏上进行显示扫描检测信息，方便用户直观读取。
2、在下机体的左右两侧面上都设置有散热孔,顶罩的左右两侧面上也设置有散热孔，以便散热风扇进行风冷散热通风，避免设备内部结构温度过高，使得内部结构使用寿命更长久，同时也能够避免影响样品检测。
3、移动平台结构上的X轴移动台有X轴运动方向，移动平台结构上的Y轴移动台有Y轴运动方向，每个运动方向由高精度步进电机和高精度丝杆带动，方便带动活动块进行水平面上的前后偏移、左右偏移活动，以达到移动活动块上凹槽内所安装的载玻片的目的，在功能控制上，再由控制系统对电机进行细分控制，从而使得移动平台达到微米级运动精度，为样本的图像采集提供高精度位置定位。
4、本发明中的显微成像系统的上部结构由上至下依次设置有成像CCD、镜头接口、管镜结构，在显微成像系统的下部设置有调焦接入位置和光源接入位置，在显微成像系统的下端安装有物镜，方便物镜出来的平行光汇聚，形成焦距，再通过滤光片滤除调焦用的红外激光，之后形成光学成像。
5、本发明中的右固定板、顶板、分隔板、左固定板和底板构成内部框架结构，且为一体式结构，组装是采用插入式设计，并通过底部螺丝紧固，之后再通过背板的锁入，从而实现整机外观的装配，方便统一生产配置，有助于提高整体生产效率。
附图说明
图1为本发明结构的自动荧光扫描检测设备立体示意图；
图2为本发明结构的自动荧光扫描检测内部结构立体示意图；
图3为本发明结构的自动荧光扫描检测设备内部结构正视示意图；
图4为本发明结构的自动荧光扫描检测设备内部结构后视示意图；
图5为本发明结构的自动扫图涉及到的组件结构图示意图；
图6为本发明结构的自动对焦涉及到的组件结构示意图；
图7为本发明结构的步进式单个孔槽采图流程示意图；
图8为本发明结构的步进式单个载玻片采图流程示意图；
图9为本发明结构的扫描式单个孔槽采图流程示意图；
图10为本发明结构的扫描单个载玻片采图流程示意图。
图中：1、PC机；2、上机体；3、下机体；4、触控显示屏；5、控制按钮；6、进口槽；7、散热孔；8、顶罩；9、物镜成像系统；10、右固定板；11、显微成像系统；12、自动调焦系统；13、顶板；14、压电陶瓷调节结构；15、光源切换机构；16、分隔板；17、左固定板；18、活动块；19、Y轴移动台；20、X轴移动台；21、移动平台结构；22、底板。
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做出创造性劳动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。
具体实施方式一，参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种自动荧光扫描检测设备及其方法，包括下机体3，下机体3的底部设置有底板22，且底板22的上端面左端垂直固定有左固定板17，且底板22的上端面右端垂直固定有右固定板10，左固定板17的内侧面中部和有右固定板10的内侧面中部之间固定有分隔板16，且左固定板17和右固定板10的上端头分别垂直固定在顶板13的底面左右两端，顶板13的中部安装有显微成像系统11，且显微成像系统11的中部后侧安装有自动调焦系统12，自动调焦系统12下部安装有物镜成像系统9，且物镜成像系统9的下端朝向移动平台结构21上的活动块18，移动平台结构21安装在底板22上端面中部。
在使用该自动荧光扫描检测方法时：
1、显微镜预览
(1)预览图像，实时成像；
(2)可拖动图像移动，进行视野转移；
(3)视野放缩，实时预览的视野进行放大、缩小，适应屏幕大小；
(4)自动调整对焦位置；
(5)图像标准，在预览窗口上对图像进行标注，对视野内的物体进行尺寸测量。
2、自动扫描，自动扫图涉及到的组件结构图如图5所示
(1)镜头移动到初始位置；
(2)切换为目标补光光源，并调整光源亮度到设定值；
(3)开始自动对焦，并在对焦完成后采集第1张图片；
(4)根据设置的列偏移量开始采集第一行照片；
(5)第一行采集完毕后根据设置的行偏移量转到第二行，重复第3步采集第2行图片；
(6)重复第4步，完成m行的图片采集。
3、自动对焦
自动对焦跟焦，当载玻片移动的时候，拍摄焦点会发生变化，此时要重新对焦才能拍出清晰的照片，自动对焦涉及到的组件如图6所示。
(1)镜头移动到设定位置；
(2)对焦激光光源，采集光斑图像；
(3)根据光斑图像计算离焦量和离焦方向；
(4)根据离焦量和离焦方向移动镜头；
(5)再次采集光斑图像，计算离焦量，如果离焦量满足需求，则对焦成功，否则重复步骤(4)。
4、显微拍照
(1)放置载玻片，设置要使用的灯光；
(2)根据载玻片上开孔位置，通过设置(X,Y)位置将镜头移动到目标位置上；(3)根据载玻片厚度,通过设置Z轴位置将镜头移动到合适高度上；
(4)打开自动对焦，系统根据当前对焦数值自动移动物镜，准且对焦到物象上；
(5)根据需要移动(X,Y)位置，拍照。
5、采集配置
基于样品特点及检测要求，检测的第一步需要可获得清晰、符合检测要求的照片，由于放大成像光学系统中，景深通常只有几微米,在采图过程中需要保持实时聚焦状态、同时要消除震动，采用需要先进行单孔采集配置再到多孔采集配置。
采图方法：
第一种步进式采图，平台每走一张图像大小距离，停下来，采集一张照片再走向下一个位置，再拍照，按照以20X物镜、1CCD来估计，需要硬件实时聚集装置，一个孔位的需要抓取50张照片，平台每次停止需要稳定时间为500ms，后台处理时间与采图并行，每片9个孔位，检测时间为3～4分钟。
采用步进式采图方法进行单个孔内采图流程如图7所示，采用步进式采用方法进行单个载玻片采图流程如图8所示，在设备上实施步骤为：
(1)镜头移动到基准位置(1#孔左上角)；
(2)Z轴移动到初焦面，开始对焦；
(3)开始连续采集照片；
(4)X,y分别移动起始采图偏移；
(5)拍照，并移动采图偏移；
(6)重复第5步，采集剩余图片；
(7)重复以上步骤，采集剩余孔。
第二种扫描式采图：平台持续均速移动，按“Z”字形从样大一端走到另外一端，完成对整个样品的图片采集，每移动固定距离，通过发送脉冲信号给相机进行采图，由于没有停止时间，故采图效率较高，按照以20X物镜、1CCD来估计，需要硬件实时聚集装置，平台速度为20mm/s，扫描完1片不超过1分钟，总体检测时长每片小于1分钟。
采用扫描式采图方法进行单个孔内采图流程如图9所示，采用步进式采用方法进行单个载玻片采图流程如图10所示，在设备上实施步骤为：
(1)镜头移动到基准位置(1#孔左上角)；
(2)Z轴移动到初焦面，开始对焦；
(3)开始连续采集照片；
(4)x,y方向开始连续蛇形移动，在移动过程中实时上报当前位置，Z轴靠自动对焦操作实时跟焦；
(5)根据实时位置判断，如果落在拍照区域里，则进行拍照动作；
(6)x,y方向移动完成之后，即完成拍照动作；
(7)拍照完成之后，将载玻片送出，操作结束。
具体实施方式二，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，主要是对自动荧光扫描检测设备的外部结构进行描述，本发明中的PC机1起到控制显微镜相机、对焦相机、电源以及设备控制器的作用，从而方便在触控显示屏4上进行显示扫描检测信息，方便用户直观读取。
具体实施方式三，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，在下机体3的左右两侧面上都设置有散热孔7,顶罩8的左右两侧面上也设置有散热孔，以便散热风扇进行风冷散热通风，避免设备内部结构温度过高，使得内部结构使用寿命更长久，同时也能够避免影响样品检测。
具体实施方式四，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，移动平台结构21上的X轴移动台20有X轴运动方向，移动平台结构21上的Y轴移动台19有Y轴运动方向，每个运动方向由高精度步进电机和高精度丝杆带动，方便带动活动块18进行水平面上的前后偏移、左右偏移活动，以达到移动活动块18上凹槽内所安装的载玻片的目的，在功能控制上，再由控制系统对电机进行细分控制，从而使得移动平台达到微米级运动精度，为样本的图像采集提供高精度位置定位。
具体实施方式五，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，本发明中分隔板16的上端面安装有光源切换机构15,光源切换机构15内包括有激光器和扩束镜头，方便为显微成像系统提供充足的光源，使其无论是在光线亮还是暗的环境中，都可以在充足的光源条件下，进行扫描和检测载玻片上的样品。
具体实施方式六，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，本发明中的显微成像系统11的上部结构由上至下依次设置有成像CCD、镜头接口、管镜结构，在显微成像系统11的下部设置有调焦接入位置和光源接入位置，在显微成像系统11的下端安装有物镜，方便物镜出来的平行光汇聚，形成焦距，再通过滤光片滤除调焦用的红外激光，之后形成光学成像。
具体实施方式七，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，本发明中的右固定板10、顶板13、分隔板16、左固定板17和底板22构成内部框架结构，且为一体式结构，组装是采用插入式设计，并通过底部螺丝紧固，之后再通过背板的锁入，从而实现整机外观的装配，方便统一生产配置，有助于提高整体生产效率。
具体实施方式八，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，本发明中的活动块18的上端面设置有六组孔槽，单个孔槽内的检测样品需要设置九组检测点，检测时需要先对单个孔槽内的样品进行扫描检测，并且检测需一行一行检测，直至最后一行，载玻片上样品检测方法设置清晰明确，避免混乱。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种自动荧光扫描检测设备，包括下机体(3)，其特征在于：所述下机体(3)的底部设置有底板(22)，且底板(22)的上端面左端垂直固定有左固定板(17)，且底板(22)的上端面右端垂直固定有右固定板(10)，所述左固定板(17)的内侧面中部和有右固定板(10)的内侧面中部之间固定有分隔板(16)，且左固定板(17)和右固定板(10)的上端头分别垂直固定在顶板(13)的底面左右两端；
所述顶板(13)的中部安装有显微成像系统(11)，所述显微成像系统(11)的中部设置有管镜结构，且管镜结构的上端安装有镜头接口，并且镜头接口上安装有成像CCD，且显微成像系统(11)的中部后侧安装有自动调焦系统(12)，所述自动调焦系统(12)下部安装有物镜成像系统(9)，且物镜成像系统(9)的下端朝向移动平台结构(21)上的活动块(18)，所述移动平台结构(21)安装在底板(22)上端面中部。
2.根据权利要求1所述的一种自动荧光扫描检测设备，其特征在于：所述下机体(3)的上端安装有上机体(2)，且上机体(2)上安装有PC机(1)，并且PC机(1)的前侧面上部安装有触控显示屏(4)，且PC机(1)的前侧面下部中间设置有控制按钮(5)，并且PC机(1)的后侧面设置有顶罩(8)。
3.根据权利要求1所述的一种自动荧光扫描检测设备，其特征在于：所述下机体(3)的前侧面中部设置有进口槽(6)，且下机体(3)的左侧面和右侧面上均设置有散热孔(7)，并且下机体(3)的外壳体采用航空铝合金材质。
4.根据权利要求1所述的一种自动荧光扫描检测设备，其特征在于：所述移动平台结构(21)的中部安装有X轴移动台(20)，且X轴移动台(20)在水平面上左右移动活动，并且X轴移动台(20)的上部安装有Y轴移动台(19)，且Y轴移动台(19)在水平面上前后移动活动，并且活动块(18)安装在Y轴移动台(19)的上端面上，且活动块(18)上开设有凹槽，所述活动块(18)上设置有六组样品孔槽，且六组样品孔槽呈现三乘二的阵列式排布，并且每组孔槽内的检测样品设置有九组检测点。
5.根据权利要求1所述的一种自动荧光扫描检测设备，其特征在于：所述分隔板(16)的上端面左部安装有光源切换机构(15)和压电陶瓷调节结构(14)，且压电陶瓷调节结构(14)位于光源切换机构(15)的右侧方，并且压电陶瓷调节结构(14)的右部安装在PC机(1)的下部上。
6.根据权利要求1所述的一种自动荧光扫描检测设备，其特征在于：所述右固定板(10)、顶板(13)、分隔板(16)、左固定板(17)和底板(22)构成内部框架结构，且左固定板(17)和右固定板(10)关于分隔板(16)呈左右对称结构，并且右固定板(10)、顶板(13)、分隔板(16)和左固定板(17)采用航空铝合金材质，并且内部框架结构一体式结构。
7.一种自动荧光扫描检测方法，其扫描检测方法包括如下步骤：显微镜预览、自动扫描、自动对焦、显微拍照以及采集配置，其特征在于：
步骤A.显微镜预览：
a.预览图像，实时成像；
d.可拖动图像移动，进行视野转移；
c.视野放缩，实时预览的视野进行放大、缩小，适应屏幕大小；
d.自动调整对焦位置；
e.图像标准，在预览窗口上对图像进行标注，对视野内的物体进行尺寸测量。
步骤B.自动扫描：
a.镜头移动到初始位置；
b.切换为目标补光光源，并调整光源亮度到设定值；
c.开始自动对焦，并在对焦完成后采集第1张图片；
d.根据设置的列偏移量开始采集第一行照片；
e.第一行采集完毕后根据设置的行偏移量转到第二行，重复第3步采集第2行图片；
f.重复第4步，完成m行的图片采集。
步骤C.自动对焦：自动对焦跟焦，当载玻片移动的时候，拍摄焦点会发生变化，此时要重新对焦才能拍出清晰的照片。
a.镜头移动到设定位置；
b.对焦激光光源，采集光斑图像；
c.根据光斑图像计算离焦量和离焦方向；
d.根据离焦量和离焦方向移动镜头；
e.再次采集光斑图像，计算离焦量，如果离焦量满足需求，则对焦成功，否则重复步骤(4)。
步骤D.显微拍照：
a.放置载玻片，设置要使用的灯光；
b.根据载玻片上开孔位置，通过设置(X,Y)位置将镜头移动到目标位置上；
c.根据载玻片厚度,通过设置Z轴位置将镜头移动到合适高度上；
d.打开自动对焦，系统根据当前对焦数值自动移动物镜，准且对焦到物象上；
e.根据需要移动(X,Y)位置，拍照。
步骤E.采集配置:基于样品特点及检测要求，检测的第一步需要可获得清晰、符合检测要求的照片，由于放大成像光学系统中，景深通常只有几微米,在采图过程中需要保持实时聚焦状态、同时要消除震动，采用需要先进行单孔采集配置再到多孔采集配置。
8.根据权利要求7所述的一种自动荧光扫描检测方法，其特征在于：所述步骤C中自动对焦所采用的光源为785nm，80-100mW激光二极管，通过设备控制器上的LED控制模块控制，激光管的恒流驱动器与激光管一同集成在自动对焦模组。
9.根据权利要求7所述的一种自动荧光扫描检测方法，其特征在于：所述步骤D中设置要使用的灯光包括有补光灯，且补光灯采用LED光源，并且波段分别为365nm、475nm光源。
10.根据权利要求7所述的一种自动荧光扫描检测方法，其特征在于：所述步骤C中的自动对焦中所采用的对焦电机为4线步进电机，激光自动对焦精度设置为3um<x<28um，最小移动增量为0.375um，最大移动行程为5.5mm，拍照速度为30Hz。
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