CN113777768A - 基于3d打印制造的显微成像及光学传感物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，涉及生物细胞实验技术领域，具体为基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，包括底座模块、光学腔模块、光电接收模块、控制盒模块、光学传感片模块和集成电路，所述底座模块上设有光学腔模块和光电接收模块，以及设置在光学腔模块上的控制盒模块，所述光学腔模块内设有光学传感片模块。本发明采用3D打印制造显微系统的整体骨架，并通过结构拓扑优化在保证结构精度及强度的前提下最大限度地减少装置的体积、重量，在设计上各部分结构和简单拆卸、装配，为仪器实际投入使用时的消毒清洁步骤提供便利，装置成本较低，可快速成型并批量制造。

Description

基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统

技术领域

本发明涉及生物细胞实验技术领域，具体为基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统。

背景技术

现有的显微镜系统多基于固定的铸铁结构设计，体积庞大，无法在对细胞培养的同时监测培养箱内细胞的生长状况。而且出厂形式单一，留给实验仪器加装、装的空间有限。对于有特殊实验需求的用户定制时间长且费用高昂。本发明通过3D打印技术可以较低的成本快速定制显微成像系统。现有的物联网显微镜方案大多通过电脑与云端连接，需要外置的主机辅助上传数据，主机要保持实时开机。本发明通过一体化的集成控制系统，以及小型化的光学结构设计使得装置小型化可被整体放入培养箱内且无需外接线缆。同时，在一个光学腔内集成了显微成像与光学传感两个系统，实现对细胞培养过程的实时监控。现有的用于细胞培养过程的显微成像系统结构复杂，各部分组件难以拆装维修，如零件损坏需整体更换维护。本发明提供简易的可拆装结构，用户仅需将对应的骨架零件打印，便可实现相应部件的替换、更改。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，解决了上述背景技术中提出现有的用于细胞培养过程的显微成像系统结构复杂，各部分组件难以拆装维修，如零件损坏需整体更换维护的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，包括底座模块、光学腔模块、光电接收模块、控制盒模块、光学传感片模块和集成电路，所述底座模块上设有光学腔模块和光电接收模块，以及设置在光学腔模块上的控制盒模块，所述光学腔模块内设有光学传感片模块，所述光学腔模块由显微光源部分、激光列阵部分和光学腔骨架组成，所述光学腔骨架上设有光学腔盖板。

可选的，所述底座模块包括底座骨架、微动平台、上支撑板、物镜、底座侧板、USB电子目镜、镜头座和直角反射棱镜，所述底座骨架为整个显微成像系统的支撑底座，其上部有一方形光学腔，光学腔内安装有USB电子目镜和直角反射棱镜，所述USB电子目镜由位于光学通路末端的一颗M螺丝锁紧固定，所述直角反射棱镜由UV胶水粘合在底座骨架的方形光学通路内，所述直角反射棱镜将物镜的入射光线进行90°反射，使其被USB电子目镜接收，所述的底座侧板安装于方形光学通路一侧，用于密封整个方形光学通路，所述方形的光学通道外侧覆盖有一层0.1mm铝箔胶带用于起到遮光作用。

可选的，所述底座骨架的两侧均设有一个方形突起平台，并通过颗M螺丝与两个LZ型微动平台固定，所述LZ型微动平台顶部再通过颗M螺丝与上支撑板固定，所述微动平台的可调行程为10mm，用于调整培养瓶到物镜之间的焦距，并确保上支撑板的水平度，使培养瓶内的培养液均匀分布，所述的底座骨架的底部设有四个突起的支撑脚，所述镜头座向外延长的两块方形侧板将其配合固定在方形光学通路上，所述镜头座连接并配合物镜、方形光学通路和底座侧板，所述镜头座的孔内加工有RMS标准螺纹，用于配合物镜。

可选的，所述上支撑板可以根据用户需求通过D打印定制相应形状以配合各种不同型号的细胞培养瓶，所述上支撑板背部有一方形导槽，所述导槽上开设有四个适配M螺丝的螺孔，用于放入并固定光学腔模块，并固定其相对上支撑板的高度。

可选的，所述光学腔模块包括显微光源部分、激光列阵部分以及光学腔骨架，所述的显微光源部分独立形成一个腔室，由光源供电sma接口、LED光源、LED光源、光源滤镜和圆形光圈组成，所述光学腔模块的腔室内部涂有均匀的银色反射涂料，所述光源供电sma接口通过铜制漆包线分别与LED光源和LED光源连接，为其提供供电输入接口，所述LED光源工作后发出的光在显微光源腔室内经过漫反射后通过光源滤镜，再经过圆形光圈调整束宽后入射到培养瓶内，为物镜的成像提供光源，所述光源滤镜和圆形光圈与预留的安装槽位以及突起因紧密配合，用于防止在装置移动过程中发生脱落。

可选的，所述激光列阵部分由均光片、直角反射棱镜、方形激光保护镜片、激光二极管阵列、激光二极管供电sma底座构成，所述激光二极管供电sma底座通过铜制漆包线分别与激光二极管阵列连接，并为激光二极管阵列提供供电输入接口，所述激光二极管阵列产生的激光束经过均光片进行均光，然后经过直角反射棱镜进行90°反射，并通过方形激光保护镜片后再透射穿过光学传感片模块，抵达光电接收模块后被激光束被接收，所述均光片与激光二极管阵列的出射光线垂直，左右两端被嵌合在凹槽内，所述直角反射棱镜的左右两端被嵌合在°开口“V”形槽内，所述直角反射棱镜的反射面与入射激光束呈90°夹角，并将水平与光学腔的激光束反射为垂直于光学腔的激光束，所述方形激光保护镜片用于透过激光束并保持激光列阵部分的光学腔室的密封性。

可选的，所述光电接收模块是由三组线性硅光电二极管组，以及光电接收支撑架和sma接口组组成，所述线性硅光电二极管组的三组型号分别为SGPIN82MQ-B激光二极管、SGPIN82MQ-R激光二极管和SGPIN82MQ-G激光二极管，每组前后各两个激光二极管，所述线性硅光电二极管组垂直于仪器底座平面，并将线性硅光电二极管组安装在光电接收支撑架上，每组内均设有一个线性硅光电二极管接收对应激光二极管经过光学传感片模块后的出射光，以读取光学传感片模块内部凝胶在特定波长处的透光率，用于确定培养瓶溶液的性质变化，另一个线性硅光电二极管用于接收环境光以消除本底噪声；所述sma接口组水平设置于仪器底座平面，并安装在光电接收支撑架的两侧，所述sma接口组与线性硅光电二极管组之间通过漆包线连接，组装好的光电接收支撑架安装在底座模块的方形光学通路上，其两侧突出的侧板与方形光学通路配合，使其可在方形光学通路上前后移动，并在一侧旋入一枚M螺丝固定位置。

可选的，所述控制盒模块部分包括控制盒侧板、控制盒外壳、集成电路部分、输入输出sma接口组、V充电接口、USB接口和锂电池组，所述锂电池组位于控制盒外壳的底部，所述输入输出sma接口组、V充电接口和USB接口设置于控制盒外壳的前面板用于连接装置主体以及为锂电池组充电，所述集成电路部分设置于控制盒外壳的中部，所述控制盒侧板通过颗M螺丝与控制盒外壳连接并完全密封，所述控制盒模块的各个输入输出端口以多根RG射频线、USB线与装置主体部分对应的sma接口连接。

可选的，所述光学传感片模块由带有圆孔的玻璃片和带金镀层的铁片粘合而成，所述带金镀层的铁片固定在带有圆孔的玻璃片的两侧，在光学传感片模块放入培养瓶后在培养瓶外通过小磁片吸合带金镀层的铁片调整并固定其在培养瓶内的位置，所述带有圆孔的玻璃片内开设有个等径的贯通孔，孔内填充有用于检测液体离子浓度的凝胶。

可选的，所述集成电路由主控单元、激光二极管阵列驱动单元、线性硅光电二极管接收单元和LED光源驱动单元构成，所述集成电路的主控单元所用芯片为STMFZGT，用于输入输出主控，以及WIFI数据上传，所述激光二极管阵列驱动单元由三块PWN调制的激光二极管驱动板组成，并负责调节激光二极管的输出光强，使其工作在线性硅光电二极管组的线性工作范围内，所述线性硅光电二极管接收单元由AD仪表放大器模块和AD高速ADC模块组成，并用于负责将线性硅光电二极管组输出的电信号转换成模拟数字信号，所述LED光源驱动单元采用PWN调制方式，驱动板所用MOS管型号为F5305S，所述集成电路内置有256G的SD储存卡，用于数据的本地备份，远程与云主机连接并以FTP协议上传数据，当远程连接失败时数据自动存储在SD卡中。

本发明提供了基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，具备以下有益效果：

该基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统通过3D打印技术成型制造显微成像及光学传感系统，可以以较低的成本快速制造适用于细胞培养实验的小型显微成像及光学传感系统；整体结构简洁，小型可放入任意中型细胞培养箱内；结构紧凑高度集成化，无需再于培养箱内外加接线缆，即可把实时的细胞显微图像，细胞培养瓶内培养液的实时离子浓度上传至云端储存；采用双光源设计的光学腔满足获取可见光成像及生物荧光成像的双重需求；采用激光二极管列阵及光学传感片设计，无需在培养瓶内加装复杂的电极即可读取到培养瓶内部培养液的特定离子浓度；由于骨架部分采用了3D打印技术制造，可以根据不同客户的不同需求，灵活定制相应的支撑板，方便用户根据实验需求将其他实验设备的探头，传感器等加装、改装在装置主体上；用户也可以根据提供的模型文件自行打印相应的部件，以便在损坏时更换维护。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明的光学腔模块结构示意图；

图3为本发明的控制盒模块结构示意图；

图4为本发明的底座模块结构示意图；

图5为本发明的上支撑板结构示意图；

图6为本发明的光电接收模块结构示意图；

图7为本发明的镜头座及物镜结构示意图；

图8为本发明的传感片模块结构示意图；

图9为本发明的光学腔骨架俯视结构示意图。

图中：1、底座骨架；2、微动平台；3、上支撑板；4、光学腔骨架；5、光学腔盖板；6、物镜；7、光电接收支撑架；8、底座侧板；9、USB电子目镜；10、线性硅光电二极管组；11、sma接口组；12、镜头座；13、带有圆孔的玻璃片；14、带金镀层的铁片；15、直角反射棱镜；16、均光片；17、光源供电sma接口；18、LED光源；19、LED光源；20、光源滤镜；21、直角反射棱镜；22、圆形光圈；23、激光保护镜片；24、二极管列阵；25、激光二极管供电sma底座；26、控制盒侧板；27、控制盒外壳；28、集成电路部分；29、输入输出sma接口组；30、12V充电接口；31、USB接口；32、锂电池组。

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。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实例中使用的M3螺丝型规格均为DNI912,sma接口底座型号为SMA-KHD-6G，该基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统的骨架部分以黑色ABS树脂为材料，采用高精度光固化3D打印机打印而成，打印好的各组件经乙醇清洗后修整表面，自然干燥。

实施案例一

如附图1-9所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，包括底座模块、光学腔模块、光电接收模块、控制盒模块、光学传感片模块和集成电路28，底座模块上设有光学腔模块和光电接收模块，以及设置在光学腔模块上的控制盒模块，光学腔模块内设有光学传感片模块，光学腔模块由显微光源部分、激光列阵部分和光学腔骨架4组成，光学腔骨架4上设有光学腔盖板5，并配以4颗20mm的M3螺丝固定。

实施案例二

如附图1、4、5和8所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，底座模块包括底座骨架1、微动平台2、上支撑板3、物镜6、底座侧板8、USB电子目镜9、镜头座12和直角反射棱镜15，底座骨架1的两侧均设有一个方形突起平台，并通过6颗M3螺丝与两个LZ40型微动平台2固定，LZ40型微动平台2顶部再通过6颗M3螺丝与上支撑板3固定，上支撑板3可以根据用户需求通过3D打印定制相应形状以配合各种不同型号的细胞培养瓶，上支撑板3背部有一方形导槽，导槽上开设有四个适配M3螺丝的螺孔，用于放入并固定光学腔模块，并固定其相对上支撑板3的高度，微动平台2的可调行程为10mm，用于调整培养瓶到物镜6之间的焦距，并确保上支撑板3的水平度，使培养瓶内的培养液均匀分布，的底座骨架1的底部设有四个突起的支撑脚，避免仪器底板大面积接触培养箱、超净台，而使装置污染，镜头座12向外延长的两块方形侧板将其配合固定在方形光学通路上，镜头座12连接并配合物镜6、方形光学通路和底座侧板8，镜头座12的孔内加工有RMS标准螺纹，用于配合物镜6，物镜6使用185型显微镜物镜，10x倍率，自然干燥，并将以上打印的零部件于超声清洗机内以蒸馏水为介质超声清洗15min，取出后用干燥氮气吹干，底座骨架1为整个显微成像系统的支撑底座，其上部有一方形光学腔，光学腔内安装有USB电子目镜9和直角反射棱镜15，USB电子目镜9由位于光学通路末端的一颗M3螺丝锁紧固定，在各预留给M3螺丝连接的2.5mm直径孔位处用M3丝锥加工出对应长度的螺纹，直角反射棱镜15由9310UV胶水粘合在底座骨架1的方形光学通路内，确保三个面完全贴合后，用UV灯照射固化胶水，直角反射棱镜15的长25mm、宽25mm、高25mm反射面类型为镀铝全反射，用擦镜布蘸取少量乙醇擦拭直角棱镜的反射面，直角反射棱镜15将物镜6的入射光线进行90°反射，使其被USB电子目镜9接收，的底座侧板8安装于方形光学通路一侧，用于密封整个方形光学通路，方形的光学通道外侧覆盖有一层0.1mm铝箔胶带用于起到遮光作用，将物镜6旋入镜头座12内，并将镜头座12安装到方形光学通道的孔中，此时，因为铝箔胶带层的存在，镜头座12会与光学通道紧密配合。

如附图1、2和9所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，光学腔模块包括显微光源部分、激光列阵部分以及光学腔骨架4，的显微光源部分独立形成一个腔室，由光源供电sma接口17、LED光源18、LED光源19、光源滤镜20和圆形光圈22组成，其中，将直径23mm、内孔直径15mm、厚度3mm的圆形光圈22，直径29mm、厚度3mm、双面镀有增透膜膜的光源滤镜20，长56mm、宽25mm、高25mm反射面类型为镀铝全反射的直角反射棱镜21，长27mm、宽21.14mm、厚3mm的方形激光保护镜片23，长27mm、宽21mm、厚3mm、石英材质、双面为毛面的均光片16和光学腔4预留的卡槽位内，并在各个配合位点涂以适量9310UV胶水，紫外照射固化，LED光源18为5w白光LED，预焊20mm散热铝基板，LED光源19为5w紫外LED，波长峰值405nm，预焊20mm散热铝基板，安装激光二极管列阵24中3个激光二极管的波长分别为650nm、520nm和405nm，最大功率为30mW，并与对应的三个激光二极管供电sma底座25，sma接口与激光二极管之间以0.8mm漆包线连接，光学腔模块的腔室内部涂有均匀的银色反射涂料，光源供电sma接口17通过0.8mm铜制漆包线分别与LED光源18和LED光源19连接，为其提供供电输入接口，LED光源19工作后发出的光在显微光源腔室内经过漫反射后通过光源滤镜20，再经过圆形光圈22调整束宽后入射到培养瓶内，为物镜6的成像提供光源，光源滤镜20和圆形光圈22与预留的安装槽位以及突起因紧密配合，用于防止在装置移动过程中发生脱落，激光列阵部分由均光片16、直角反射棱镜21、方形激光保护镜片23、激光二极管阵列24、激光二极管供电sma底座25构成，激光二极管供电sma底座25通过铜制漆包线分别与激光二极管阵列24连接，并为激光二极管阵列24提供供电输入接口，激光二极管阵列24产生的激光束经过均光片16进行均光，然后经过直角反射棱镜21进行90°反射，并通过方形激光保护镜片23后再透射穿过光学传感片模块，抵达光电接收模块后被激光束被接收，均光片16与激光二极管阵列24的出射光线垂直，左右两端被嵌合在凹槽内，直角反射棱镜21的左右两端被嵌合在45°开口“V”形槽内，直角反射棱镜21的反射面与入射激光束呈45°夹角，并将水平与光学腔的激光束反射为垂直于光学腔的激光束，方形激光保护镜片23用于透过激光束并保持激光列阵部分的光学腔室的密封性。

如附图1和6所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，光电接收模块是由三组线性硅光电二极管组10，以及光电接收支撑架7和sma接口组11组成，线性硅光电二极管组10的三组型号分别为SGPIN82MQ-B的405nm激光二极管、SGPIN82MQ-R的650nm激光二极管和SGPIN82MQ-G的520nm激光二极管，每组前后各两个激光二极管，线性硅光电二极管组10垂直于仪器底座平面，并将线性硅光电二极管组10安装在光电接收支撑架7上，每组内均设有一个线性硅光电二极管接收对应激光二极管经过光学传感片模块后的出射光，以读取光学传感片模块内部凝胶在特定波长处的透光率，用于确定培养瓶溶液的性质变化，另一个线性硅光电二极管用于接收环境光以消除本底噪声；sma接口组11水平设置于仪器底座平面，并安装在光电接收支撑架7的两侧，sma接口组11与线性硅光电二极管组10之间通过漆包线连接，组装好的光电接收支撑架7安装在底座模块的方形光学通路上，其两侧突出的侧板与方形光学通路配合，使其可在方形光学通路上前后移动，并在一侧旋入一枚M3螺丝固定位置。

如附图1、2和3所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，控制盒模块部分包括控制盒侧板26、控制盒外壳27、集成电路部分28、输入输出sma接口组29、12V充电接口30、USB接口31和锂电池组32，锂电池组32位于控制盒外壳27的底部，输入输出sma接口组29、12V充电接口30和USB接口31设置于控制盒外壳27的前面板用于连接装置主体以及为锂电池组32充电，集成电路部分28设置于控制盒外壳27的中部，控制盒侧板26通过4颗M3螺丝与控制盒外壳27连接并完全密封，控制盒模块的各个输入输出端口以多根RG316射频线、USB线与装置主体部分对应的sma接口连接，连接好仪器后后开启激光二极管列阵24进行对光，将光电接收模块7调整到与光学腔出射的光束重合的位置，重新拧紧螺丝固定。

如附图1和7所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，光学传感片模块由带有圆孔的玻璃片13和带金镀层的铁片14粘合而成，带金镀层的铁片14固定在带有圆孔的玻璃片13的两侧，在光学传感片模块放入培养瓶后在培养瓶外通过小磁片吸合带金镀层的铁片14调整并固定其在培养瓶内的位置，带有圆孔的玻璃片13内开设有3个等径的贯通孔，孔内填充有用于检测液体离子浓度的凝胶，使用时先用无水乙醇浸泡清洗，干燥后在底面热压粘合一块透过分子量为500的半透膜，并按照以下方法制备制备需在超净台内进行填充的凝胶：将5g琼脂糖凝胶，95g蒸馏水混合，缓慢加热至80摄氏度，滴入需要使用的指示剂，在本实例中以pH指示剂为例，搅拌；趁热用移液枪滴入传感片的3个孔内，待凝胶凝固后，在上表面热压粘合另一块分子量为500的半透膜，制备好后放入无菌PBS缓冲液内临时保存待用，以防止凝胶脱水，将制备好的传感片轻放入T75培养瓶内，在培养瓶底部放置两块小铷磁铁片调整并固定到合适位置，使得激光二极管发出的光束刚好能透过三个预留的孔位，即可按照常规的培养顺序开始放入细胞培养液以及细胞开始细胞的培养操作，放入细胞后将培养瓶放在上支撑板3上，并调整微动平台，使得显微成像清晰，将装置整体放入培养箱内进行细胞的培养及监测。

如附图1和2所示，基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，集成电路28由主控单元、激光二极管阵列驱动单元、线性硅光电二极管接收单元和LED光源驱动单元构成，集成电路28的主控单元所用芯片为STM32F407ZGT6，用于输入输出主控，以及WIFI数据上传，激光二极管阵列驱动单元由三块PWN调制的激光二极管驱动板组成，并负责调节激光二极管的输出光强，使其工作在线性硅光电二极管组10的线性工作范围内，线性硅光电二极管接收单元由AD623仪表放大器模块和AD9226高速ADC模块组成，并用于负责将线性硅光电二极管组10输出的电信号转换成模拟数字信号，LED光源驱动单元采用PWN调制方式，驱动板所用MOS管型号为F5305S，集成电路28内置有256G的SD储存卡，用于数据的本地备份，远程与云主机连接并以FTP协议上传数据，当远程连接失败时数据自动存储在SD卡中。

以上，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 (10)

1.基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，包括底座模块、光学腔模块、光电接收模块、控制盒模块、光学传感片模块和集成电路（28），其特征在于：所述底座模块上设有光学腔模块和光电接收模块，以及设置在光学腔模块上的控制盒模块，所述光学腔模块内设有光学传感片模块，所述光学腔模块由显微光源部分、激光列阵部分和光学腔骨架（4）组成，所述光学腔骨架（4）上设有光学腔盖板（5）。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述底座模块包括底座骨架（1）、微动平台（2）、上支撑板（3）、物镜（6）、底座侧板（8）、USB电子目镜（9）、镜头座（12）和直角反射棱镜（15），所述底座骨架（1）为整个显微成像系统的支撑底座，其上部有一方形光学腔，光学腔内安装有USB电子目镜（9）和直角反射棱镜（15），所述USB电子目镜（9）由位于光学通路末端的一颗M3螺丝锁紧固定，所述直角反射棱镜（15）由9310UV胶水粘合在底座骨架（1）的方形光学通路内，所述直角反射棱镜（15）将物镜（6）的入射光线进行90°反射，使其被USB电子目镜（9）接收，所述的底座侧板（8）安装于方形光学通路一侧，用于密封整个方形光学通路，所述方形的光学通道外侧覆盖有一层0.1mm铝箔胶带用于起到遮光作用。

3.根据权利要求2所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述底座骨架（1）的两侧均设有一个方形突起平台，并通过6颗M3螺丝与两个LZ40型微动平台（2）固定，所述LZ40型微动平台（2）顶部再通过6颗M3螺丝与上支撑板（3）固定，所述微动平台（2）的可调行程为10mm，用于调整培养瓶到物镜（6）之间的焦距，并确保上支撑板（3）的水平度，使培养瓶内的培养液均匀分布，所述的底座骨架（1）的底部设有四个突起的支撑脚，所述镜头座（12）向外延长的两块方形侧板将其配合固定在方形光学通路上，所述镜头座（12）连接并配合物镜（6）、方形光学通路和底座侧板（8），所述镜头座（12）的孔内加工有RMS标准螺纹，用于配合物镜（6）。

4.根据权利要求2所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述上支撑板（3）可以根据用户需求通过3D打印定制相应形状以配合各种不同型号的细胞培养瓶，所述上支撑板（3）背部有一方形导槽，所述导槽上开设有四个适配M3螺丝的螺孔，用于放入并固定光学腔模块，并固定其相对上支撑板（3）的高度。

5.根据权利要求1所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述光学腔模块包括显微光源部分、激光列阵部分以及光学腔骨架（4），所述的显微光源部分独立形成一个腔室，由光源供电sma接口（17）、LED光源（18）、LED光源（19）、光源滤镜（20）和圆形光圈（22）组成，所述光学腔模块的腔室内部涂有均匀的银色反射涂料，所述光源供电sma接口（17）通过铜制漆包线分别与LED光源（18）和LED光源（19）连接，为其提供供电输入接口，所述LED光源（19）工作后发出的光在显微光源腔室内经过漫反射后通过光源滤镜（20），再经过圆形光圈（22）调整束宽后入射到培养瓶内，为物镜（6）的成像提供光源，所述光源滤镜（20）和圆形光圈（22）与预留的安装槽位以及突起因紧密配合，用于防止在装置移动过程中发生脱落。

6.根据权利要求5所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述激光列阵部分由均光片（16）、直角反射棱镜（21）、方形激光保护镜片（23）、激光二极管阵列（24）、激光二极管供电sma底座（25）构成，所述激光二极管供电sma底座（25）通过铜制漆包线分别与激光二极管阵列（24）连接，并为激光二极管阵列（24）提供供电输入接口，所述激光二极管阵列（24）产生的激光束经过均光片（16）进行均光，然后经过直角反射棱镜（21）进行90°反射，并通过方形激光保护镜片（23）后再透射穿过光学传感片模块，抵达光电接收模块后被激光束被接收，所述均光片（16）与激光二极管阵列（24）的出射光线垂直，左右两端被嵌合在凹槽内，所述直角反射棱镜（21）的左右两端被嵌合在45°开口“V”形槽内，所述直角反射棱镜（21）的反射面与入射激光束呈45°夹角，并将水平与光学腔的激光束反射为垂直于光学腔的激光束，所述方形激光保护镜片（23）用于透过激光束并保持激光列阵部分的光学腔室的密封性。

7.根据权利要求5所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述光电接收模块是由三组线性硅光电二极管组（10），以及光电接收支撑架（7）和sma接口组（11）组成，所述线性硅光电二极管组（10）的三组型号分别为SGPIN82MQ-B激光二极管、SGPIN82MQ-R激光二极管和SGPIN82MQ-G激光二极管，每组前后各两个激光二极管，所述线性硅光电二极管组（10）垂直于仪器底座平面，并将线性硅光电二极管组（10）安装在光电接收支撑架（7）上，每组内均设有一个线性硅光电二极管接收对应激光二极管经过光学传感片模块后的出射光，以读取光学传感片模块内部凝胶在特定波长处的透光率，用于确定培养瓶溶液的性质变化，另一个线性硅光电二极管用于接收环境光以消除本底噪声；所述sma接口组（11）水平设置于仪器底座平面，并安装在光电接收支撑架（7）的两侧，所述sma接口组（11）与线性硅光电二极管组（10）之间通过漆包线连接，组装好的光电接收支撑架（7）安装在底座模块的方形光学通路上，其两侧突出的侧板与方形光学通路配合，使其可在方形光学通路上前后移动，并在一侧旋入一枚M3螺丝固定位置。

8.根据权利要求1所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述控制盒模块部分包括控制盒侧板（26）、控制盒外壳（27）、集成电路部分（28）、输入输出sma接口组（29）、12V充电接口（30）、USB接口（31）和锂电池组（32），所述锂电池组（32）位于控制盒外壳（27）的底部，所述输入输出sma接口组（29）、12V充电接口（30）和USB接口（31）设置于控制盒外壳（27）的前面板用于连接装置主体以及为锂电池组（32）充电，所述集成电路部分（28）设置于控制盒外壳（27）的中部，所述控制盒侧板（26）通过4颗M3螺丝与控制盒外壳（27）连接并完全密封，所述控制盒模块的各个输入输出端口以多根RG316射频线、USB线与装置主体部分对应的sma接口连接。

9.根据权利要求1所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述光学传感片模块由带有圆孔的玻璃片（13）和带金镀层的铁片（14）粘合而成，所述带金镀层的铁片（14）固定在带有圆孔的玻璃片（13）的两侧，在光学传感片模块放入培养瓶后在培养瓶外通过小磁片吸合带金镀层的铁片（14）调整并固定其在培养瓶内的位置，所述带有圆孔的玻璃片（13）内开设有3个等径的贯通孔，孔内填充有用于检测液体离子浓度的凝胶。

10.根据权利要求1所述的基于3D打印制造的显微成像及光学传感物联网系统，其特征在于：所述集成电路（28）由主控单元、激光二极管阵列驱动单元、线性硅光电二极管接收单元和LED光源驱动单元构成，所述集成电路（28）的主控单元所用芯片为STM32F407ZGT6，用于输入输出主控，以及WIFI数据上传，所述激光二极管阵列驱动单元由三块PWN调制的激光二极管驱动板组成，并负责调节激光二极管的输出光强，使其工作在线性硅光电二极管组（10）的线性工作范围内，所述线性硅光电二极管接收单元由AD623仪表放大器模块和AD9226高速ADC模块组成，并用于负责将线性硅光电二极管组（10）输出的电信号转换成模拟数字信号，所述LED光源驱动单元采用PWN调制方式，驱动板所用MOS管型号为F5305S，所述集成电路（28）内置有256G的SD储存卡，用于数据的本地备份，远程与云主机连接并以FTP协议上传数据，当远程连接失败时数据自动存储在SD卡中。

Images