CN1445710A - 计算机控制的低温生物显微系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机控制的低温生物显微系统。它由倒置式光学显微镜、低温台、冷热量供给装置和计算机数据采集和控制系统等四部分组成。倒置式光学显微镜上装有摄像机；被冷却的样品(细胞悬浮液或薄层生物材料)放在低温台上，冷量由液氮提供，加热由镀膜提供，低温台的温度在－120～50℃范围内连续可调，最大升温速率可达100℃/分钟，最大降温速率可达50℃/分钟；计算机通过各种插卡和外围接口，不仅进行低温台上温度的采集和控制，而且以连续或定时拍摄方式获得冷冻过程的微观图象。该系统在生物和食品材料的低温保存研究领域可发挥重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及生物材料和食品的低温保存，尤其涉及一种计算机控制的低温生物显微系统。
背景技术
本发明的背景为生物材料和食品的低温保存研究。在生物材料(如血液、精子、皮肤、微生物等)的低温保存领域，细胞在冷冻和随后的复温过程中会受到诸如胞内冰晶、高浓度电解质溶液等因素的损伤，使得生物材料的回收率降低，因而有必要对细胞在冷冻和复温过程中的变化进行跟踪研究；在食品冷冻领域，冰晶的大小和分布，不仅影响食品在解冻后的外观和口味，而且影响食品营养成分的保持，因而有必要对冷冻过程中冰晶的形成和生长过程进行跟踪研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算机控制的低温生物显微系统。
它具有倒置式光学显微镜、低温台、冷热量供给装置、计算机数据采集和控制系统；倒置式光学显微镜具有聚光镜、物镜和摄象机，冷热量供给装置具有氮气瓶、流量计、液氮容器、镀膜玻璃，摄象机输出的信号通过图象采集卡进入计算机，低温台上的温度由微型热电偶测量，信号经巡检仪转换为数字信号，通过串行口通讯进入计算机；计算机一方面通过数据采集控制卡控制电磁阀和三电子膨胀阀的开关和开度的大小，另一方面通过接口电路控制低温台上镀膜的加热量；低温台冷却所需的冷量由液氮容器中的液氮提供。
本发明的优点：1)冷却介质的流量控制不需要耐低温的阀门，使系统的制作成本大大降低；2)加热采用镀膜玻璃，从热源到样品间传热距离很短，减少了温度控制的滞后，提高了控温的稳定性；3)图象采集和温度控制集中于一台计算机上完成，能够获得准确的图象与温度的对应关系，有利于进一步的数据分析。
附图说明
图1是计算机控制的低温生物显微系统结构示意图；
图2是计算机控制的低温生物显微系统低温台结构示意图。
具体实施方式
计算机控制的低温生物显微系统具有倒置式光学显微镜、低温台、冷热量供给装置、计算机数据采集和控制系统；倒置式光学显微镜具有聚光镜4、物镜6和摄象机8，冷热量供给装置具有氮气瓶1、流量计2、液氮容器3、镀膜玻璃19，摄象机8输出的信号通过图象采集卡进入计算机10，低温台5上的温度由微型热电偶测量，信号经巡检仪(9)转换为数字信号，通过串行口通讯进入计算机10；计算机10一方面通过数据采集控制卡控制电磁阀14和电子膨胀阀11、12、13的开关和开度的大小，另一方面通过接口电路7控制低温台上镀膜的加热量；低温台5冷却所需的冷量由液氮容器3中的液氮提供。
低温台5由不锈钢制作的上板17、下板18粘合而成，在上板17上开有氮气进出口孔，在上板17上粘有透明的镀膜玻璃19，镀膜玻璃19导电的一面朝下，在下板上也粘有一块玻璃20，样品22被放在镀膜玻璃19不导电的一面，上面盖着盖玻片21，测温热电偶23被粘在盖玻片21上面。
倒置式光学显微镜上安装有摄象机，可以拍摄显微视野下的图象。低温台放在显微镜的载物台上，而被观察的样品则放在低温台上。低温台由上下两块不锈钢基座粘合而成，两块基座之间为冷却介质的流动通道，为保证显微镜的光路畅通，在两块基座的光线通过位置都开孔并粘上玻璃，其中粘在上基座上的玻璃是镀膜玻璃，粘在下基座上的玻璃是普通玻璃。镀膜玻璃的镀膜面因为要导电，所以朝下，样品就放在其不导电的一面。样品的降温由在两块板之间流动的冷却介质提供，而升温由镀膜的焦耳热提供，其温度在-120～50℃范围内连续可调，最大升温速率可达100℃/分钟，最大降温速率可达50℃/分钟。由于低温台的温度可能会远低于环境温度，若不采取措施，将导致低温台及邻近区域结霜或结露，从而使光路被阻或被干扰。为此，将低温台、显微镜的聚光镜和物镜部分隔离出来，用干燥氮气予以保护，氮气的流量可以根据需要调节。
低温台的冷量是由液氮容器里的液氮提供的，液氮由保温管路输送至低温台。液氮在管路中会不断蒸发，到达低温台时已部分或全部变为气相。冷却介质(液氮或气氮)流动的动力为氮气容器里的高压氮气。高压氮气减压后通过电子膨胀阀、流量计后进入液氮容器，设置电子膨胀阀的目的是为了控制进入液氮容器的氮气流量，流量计的作用是便于系统调节。液氮容器和流量计之间的管路侧面装有一手动调节阀，其作用是在系统停止工作时给液氮容器泻压，在系统运行时该阀门是关闭的。液氮容器和低温台间的管路上装有一电磁阀，其作用是打开或关闭向低温台的供冷。在低温台的冷却介质出口管道上装有一电子膨胀阀，其作用是控制通过低温台的冷却介质的流量。
低温台上样品的温度是通过微型热电偶来测量的，热电偶粘在样品上方的盖玻片的上表面。热电偶信号先进入巡检仪(一种单片机数据采集和显示仪表)，转化为数字信号后，以一定的通讯协议通过串行口通讯进入计算机。计算机除显示、存储温度信息外，还将测得温度与设定温度进行比较，根据偏差情况确定控制策略。在降温阶段，以控制镀膜加热为主，当镀膜的加热量超过其总量的某一上限(如80％)时，关小电子膨胀阀，减少冷却氮气的流量，当镀膜的加热量低于其总量的某一下限(如20％)时，开大电子膨胀阀，增加冷却氮气的流量；在升温阶段，当升温速率较低时，需要冷却氮气，此时做法与降温时一样，即当镀膜的加热量超过其总量的某一上限时，关小电子膨胀阀，减少冷却氮气的流量，当镀膜的加热量低于其总量的某一下限时，开大电子膨胀阀。由于流量变化后反映到温度变化有一定时间上的滞后，为此，当一次关小或开大流量后，需要等侯数个采集间隔才能进行下一次动作。计算机既通过数据采集控制卡控制管路上的电磁阀的开关和电子膨胀阀的开度，进而控制通过低温台的冷却介质或常温氮气(直接从高压氮气瓶来，不经过液氮容器)的流量，又通过接口电路控制镀膜的加热量。
图象采集是通过计算机上的图象采集卡完成的，图象采集卡与显微镜上的摄象机间通过电缆相连接。图象采集软件为图象采集卡所附带，可以进行连续采集(每秒24桢)，也可以按一定时间间隔(如1秒、1分钟)定时采集。采集后的图象信息以文件形式存储，便于进一步分析处理。
Claims (2)
1.一种计算机控制的低温生物显微系统，其特征在于它具有倒置式光学显微镜、低温台、冷热量供给装置、计算机数据采集和控制系统；倒置式光学显微镜具有聚光镜(4)、物镜(6)和摄象机(8)，冷热量供给装置具有氮气瓶(1)、流量计(2)、液氮容器(3)、镀膜玻璃(19)，摄象机(8)输出的信号通过图象采集卡进入计算机(10)，低温台(5)上的温度由微型热电偶测量，信号经巡检仪(9)转换为数字信号，通过串行口通讯进入计算机(10)；计算机(10)一方面通过数据采集控制卡控制电磁阀(14)和电子膨胀阀(11)、(12)、(13)的开关和开度的大小，另一方面通过接口电路(7)控制低温台上镀膜的加热量；低温台(5)冷却所需的冷量由液氮容器(3)中的液氮提供。
2.根据权利要求1所述的一种计算机控制的低温生物显微系统，其特征在于所说的低温台(5)由不锈钢制作的上板(17)、下板(18)粘合而成，在上板(17)上开有氮气进出口孔，在上板(17)上粘有透明的镀膜玻璃(19)，镀膜玻璃(19)导电的一面朝下，在下板上也粘有一块玻璃(20)，样品(22)被放在镀膜玻璃(19)不导电的一面，上面盖着盖玻片(21)，测温热电偶(23)被粘在盖玻片(21)上面。
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