CN209858431U - 生物样品膜上的自发光物体的成像装置 - Google Patents

生物样品膜上的自发光物体的成像装置 Download PDF

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张英豪
奚岩
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Abstract

本实用新型公开了一种生物样品膜上的自发光物体的成像装置，所述成像装置包括壳体、光电转换元件和图像校正设备；壳体内部构成暗室空间；光电转换元件设于壳体内；光电转换元件用于在未放入生物样品膜时，获取壳体内部的第一暗场图像；在将生物样品膜贴附在光电转换元件表面后，光电转换元件还用于获取壳体内部的第二暗场图像；图像校正设备用于根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像。本实用新型能够有效地、更准确地获取清晰度较高的自发光物体的目标图像，操作过程简单、成像耗时较短，且该成像装置具有结构小、制造成本低、操作便捷且方便携带等优点。

Description

生物样品膜上的自发光物体的成像装置
技术领域
本实用新型涉及样本分析技术领域，特别涉及一种生物样品膜上的自发光物体的成像装置。
背景技术
目前常用的生物自发光检测技术有两类，一类是使用感光胶片技术，一类是使用相机拍摄技术。
其中，感光胶片技术类似于传统的照相洗胶片的方式，在暗室中，将自发光物体(附着在生物样品膜上)紧密贴合感光胶片，然后再把感光后的胶片使用显影液重洗，从而获得自发光物体对应的图像；但是，存在操作过程复杂，且需要更多的步骤进行数字化处理；相机拍摄技术类似于手机的拍摄技术，将相机和自发光物体置于暗室内，能够直接地进行数字化图像存储，但是，由于相机与自发光物体的距离较远，易造成光信号的采集率较低，因此需要较长的时间进行数据采集，且存在灵敏度不高等缺陷。另外，上述两种成像系统都存在体积大、占用空间大、成本高、不易搬运等缺陷。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是现有技术中获取生物样品膜上自发光物体的成像方式存在操作过程复杂、成像耗时较久，且成像系统存在体积大、占用空间大、成本高、不易搬运等缺陷，目的在于提供一种生物样品膜上的自发光物体的成像装置。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本实用新型提供一种生物样品膜上的自发光物体的成像装置，所述成像装置包括壳体、光电转换元件和图像校正设备；
所述壳体内部构成暗室空间；
所述光电转换元件设于所述壳体内；
所述光电转换元件用于在未放入生物样品膜时，获取设定采集时长内所述壳体内部的第一暗场图像；
其中，所述生物样品膜上承载有自发光物体；
在将所述生物样品膜贴附在所述光电转换元件表面后，所述光电转换元件还用于获取所述设定采集时长内所述壳体内部的第二暗场图像；
所述图像校正设备用于根据所述第一暗场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像。
较佳地，所述图像校正设备根据所述第一暗场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
I＝I0-Id
其中，I表示所述目标图像对应的像素数据，I0表示所述第二暗场图像对应的像素数据，Id表示所述第一暗场图像对应的像素数据。
较佳地，所述成像装置还包括光源设备，所述光源设备设于所述壳体内。
较佳地，所述光电转换元件还用于在未将所述生物样品膜放入所述壳体且开启所述暗室空间内的所述光源设备后，获取所述设定采集时长内所述壳体内部的亮场图像；
所述图像校正设备还用于根据所述第一暗场图像和所述亮场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像。
较佳地，所述光电转换元件还用于在未将所述生物样品膜放入所述壳体、所述壳体处于打开状态且由外部光源提供均匀光场时，获取所述设定采集时长内对应的亮场图像；
所述图像校正设备还用于根据所述第一暗场图像和所述亮场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像。
较佳地，所述图像校正设备根据所述第一暗场图像和所述亮场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
其中，I表示所述目标图像对应的像素数据，I0表示所述第二暗场图像对应的像素数据，Id表示所述第一暗场图像对应的像素数据，If表示所述亮场图像对应的像素数据。
较佳地，所述壳体包括遮光盖和底座；
所述遮光盖的一侧和所述底座的一侧铰接；
当所述遮光盖与所述底座闭合时，所述壳体内部构成所述暗室空间。
较佳地，所述光源设备设于所述遮光盖内侧的顶部位置；和/或，
所述光源设备开启后对应的光照时长为10ms-30s；和/或，
所述光源设备包括点阵状布置的若干LED(发光二极管)灯珠、若干个由光纤导入的灯、若干根平行排列的灯管或若干个板块状的灯。
较佳地，所述成像装置还包括散光板；
所述散光板固设于所述遮光盖内侧且位于所述光源设备正下方；和/或，
所述光电转换元件包括CMOS(互补金属氧化物半导体)芯片、CCD(电荷耦合器件)芯片或非晶硅光电转换探测器；和/或，
所述生物样品膜包括蛋白膜、琼脂糖胶块、琼脂糖胶条、聚丙烯酰氨凝胶胶块或聚丙烯酰氨凝胶胶条。
较佳地，所述成像装置还包括保护膜；
所述保护膜的两侧分别与所述生物样品膜和所述光电转换元件贴合。
较佳地，所述保护膜的厚度为0.01mm-0.2mm；和/或，
所述保护膜的材质为钢化玻璃膜或硬质塑料膜。
本实用新型的积极进步效果在于：
本实用新型中的图像采集装置中的壳体内部构成暗室空间，在没有放入自发光物体时，光电转换元件先获取第一暗场图像，在放入自发光物体后，光电转换元件再获取第二暗场图像，然后根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像；另外可以结合壳体内的光源设备产生的光场或者外部光源产生的光场下的亮场图像，更有效地、更准确地获取清晰度较高的自发光物体的目标图像，操作过程简单、成像耗时较短，且该成像装置具有结构小、制造成本低、操作便捷且方便携带等优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的生物样品膜上的自发光物体的成像装置的第一结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的生物样品膜上的自发光物体的成像装置的第二结构示意图。
图3为本实用新型实施例1的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中第一壳体结构示意图。
图4为本实用新型实施例1的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中第二壳体结构示意图。
图5为本实用新型实施例1的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中第一暗场成像示意图。
图6为本实用新型实施例1的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中第二暗场成像示意图。
图7为本实用新型实施例2的生物样品膜上的自发光物体的成像装置的第一结构示意图。
图8为本实用新型实施例2的生物样品膜上的自发光物体的成像装置的第二结构示意图。
图9为本实用新型实施例2的生物样品膜上的自发光物体的成像装置的第三结构示意图。
图10为本实用新型实施例2的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中亮场成像示意图。
图11为本实用新型实施例2的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中泳道与信号强度的关系示意图。
图12为本实用新型实施例2的生物样品膜上的自发光物体的成像装置中第二暗场成像示意图。
图13为本实用新型实施例3的生物样品膜上的自发光物体的成像装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的生物样品膜上的自发光物体的成像装置包括壳体1、光电转换元件2和图像校正设备3。
壳体1内部构成暗室空间，其中，壳体1包括遮光盖4和底座5，如图3所示，遮光盖4的一侧和底座5的一侧铰接，此时遮光盖4处于打开状态。
如图4所示，当遮光盖4与底座5闭合时，壳体1内部构成暗室空间，以保证对生物样品膜(在图2中用A表示)上自放光物体对应的微弱信号进行有效采集。
其中，生物样品膜包括蛋白膜、琼脂糖胶块、琼脂糖胶条、聚丙烯酰氨凝胶胶块、聚丙烯酰氨凝胶胶条等。
光电转换元件设于壳体内。其中，光电转换元件包括CMOS芯片、CCD芯片或非晶硅光电转换探测器等。
光电转换元件用于在未放入生物样品膜A时，获取设定采集时长内壳体内部的第一暗场图像(如图5所示)；
其中，生物样品膜上承载有自发光物体。
设定采集时长可以根据实际情况设置与调整，优选地，该设定采集时长为1s。
具体地，当生物样品膜包括蛋白膜时，将蛋白膜样品经过SDS-PAGE(十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰氨凝胶)电泳技术进行分离后，在缓冲液中将蛋白转移到PVDF(聚偏氟乙烯)膜上获得承载有蛋白的生物样品膜，该生物样品膜依次完成目标蛋白特异性第一级抗体孵育、辣根过氧化物酶耦联的第二级抗体孵育，然后再用化学发光液进行显色(即显示为自发光物体)，在目标蛋白的区域产生化学光信号。
在将生物样品膜贴附在光电转换元件表面后，光电转换元件还用于获取设定采集时长内壳体内部的第二暗场图像(如图6所示)，即第一暗场图像和第二暗场图像对应的数据采集时长一致。
图像校正设备用于根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像。
采用光电转换元件获取第一暗场图像的过程包括：
打开遮光盖4，清除该成像装置中载物台(即光电转换元件)上残留的污渍等；
关闭遮光盖4，使得壳体1内部构成暗室空间，确保光电转换元件不受外光信号的影响；
等待设定时间(如1s)，采用光电转换元件采集壳体内部的均匀暗场中每个像素点的数值Id，其中采集时长为1s。
采用光电转换元件获取第二暗场图像的过程包括：
打开遮光盖4，将承载有自发光物体的生物样品膜放置在载物台(即光电转换元件)上，使得生物样品膜与光电转换元件紧密贴合；
关闭遮光盖4，使得壳体1内部构成暗室空间，确保光电转换元件不受外光信号的影响；
采用光电转换元件对生物样品膜上的自放光物体(目标蛋白)对应的光信号进行采集(此时目标蛋白之外的其他区域均属于均匀暗场)，光电转换元件采集壳体内部的每个像素点的数值I0，其中采集时长为1s。
其中，图像校正设备根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
I＝I0-Id
其中，I表示目标图像对应的像素数据，I0表示第二暗场图像对应的像素数据，Id表示第一暗场图像对应的像素数据。
第二暗场图像与第一暗场图像的尺寸大小一致，I0-Id的差值表示两张图像中同一点的像素值的差值。
本实施例中，图像采集装置中的壳体内部构成暗室空间，在没有放入自发光物体时，光电转换元件先获取第一暗场图像，在放入自发光物体后，光电转换元件再获取第二暗场图像，然后根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像，从而通过接触式成像的方式获取清晰度较高的自发光物体的目标图像，操作过程简单、成像耗时较短，且该成像装置具有结构小、制造成本低、操作便捷且方便携带等优点。
实施例2
如图7所示，本实施例的生物样品膜上的自发光物体的成像装置是对实施例1的进一步改进，具体地：
成像装置还包括光源设备6，光源设备6设于壳体1内。
光源设备6设于遮光盖4内侧的顶部位置；
光源设备6开启后对应的光照时长为10ms-30s，该光照时长也可以根据实际需求进行调整。
光源设备6包括点阵状布置的若干LED灯珠、若干个由光纤导入的灯、若干根平行排列的灯管、若干个板块状的灯等。
成像装置还包括散光板7，固设于遮光盖内侧且位于光源设备正下方，使得光源设备6的光照均匀。
如图8所示，成像装置还包括保护膜8，保护膜8的两侧分别与生物样品膜和光电转换元件贴合。
其中，保护膜的厚度为0.01mm-0.2mm，保护膜的材质为钢化玻璃膜或硬质塑料膜。
保护膜8的外边缘位于光电转换元件2的外边缘的外部。
光电转换元件2包括探测器主体9和基板10，基板10的外边缘位于探测器主体9的外边缘的外部。
其中，基板为金属板、PCBA(一种线路板制作流程)板等。
如图9所示，底座5的顶部具有容置槽11，光电转换元件2和保护膜8位于容置槽11内。
本实施例的成像装置还包括封装件12，封装件作用于保护膜8和底座5，以限制光电转换元件2相对于底座5的运动。
具体地，封装件12包括填充物13和卡板14。
填充物13位于光电转换元件2、保护膜8与底座5的表面所围成的区域内，用于固定光电转换元件2在底座5中。
其中，填充物为凝胶，玻璃粉、塑料胚等。
当光电转换元件2处于封装状态时，卡板14抵接于保护膜8的四周边缘，用以保证整个装置的稳定性。
底座5包括底板15和底座主体16，底座主体16上设有容置槽11，且容置槽11贯穿于底座主体16，底板15活动连接于底座主体16的底部，以自底座主体16的底部打开或关闭容置槽11。光电转换元件2的高度不大于容置槽11的深度。
光电转换元件2还用于在未将生物样品膜放入壳体1且开启暗室空间内的光源设备6后，获取设定采集时长内壳体内部的亮场图像，即第一暗场图像、第二暗场图像和亮场图像对应的数据采集时长均一致。
如图10所示，该图与图5中第一暗场图像的区别在于：其整体亮度高于第一暗场图像的整体亮度，其中，斜线数量越少，表示对应的亮度越高。
图像校正设备3还用于根据第一暗场图像和亮场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像。
采用光电转换元件获取亮场图像的过程包括：
打开遮光盖4，清除该成像装置中载物台(即光电转换元件)上残留的污渍等；
关闭遮光盖4，使得壳体1内部构成暗室空间，确保光电转换元件不受外光信号的影响；
控制光源设备开启(对应的光照时长为10ms-30s)，并采用光电转换元件2同步采集该均匀亮场中每个像素点的数值If1，其中采集时长为1s。
则图像校正设备根据第一暗场图像和亮场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
其中，I表示目标图像对应的像素数据，I0表示第二暗场图像对应的像素数据，Id表示第一暗场图像对应的像素数据，If1表示在成像装置内的白光灯提供的光场中获取的亮场图像对应的像素数据。
第二暗场图像、第一暗场图像以及亮场图像尺寸大小一致，I0-Id的差值以及If1-Id均为针对两张图像中同一像素点，比值I为每个像素点对应的信号强度百分比。
具体地，如图11所示，横坐标表示泳道(1-5)，纵坐标表示每个泳道的信号强度百分比(单位：％)，从左向右依次减弱。选取生物样品膜上的每个泳道，并计算每个泳道的信号值，基于这些信号值比较每个泳道目标蛋白的信号强度，其中信号值越大，对应泳道的目标蛋白的信号强度越强，显示的颜色越深(即显示越清晰)，如图12所示，从左到右(泳道1-5)为自发光物体即目标蛋白所在位置处，其对应的信号强度逐渐递减，显示的颜色也依次逐渐变浅。另外，B区域表示预染的分子量标样的标志物所在区域。
因此，根据数据处理得到的信号值，可以获得更精确的生物样品膜上目标蛋白强度(即自发光物体)的目标图像。
本实施例中，图像采集装置中的壳体内部构成暗室空间，在没有放入自发光物体时，光电转换元件先获取第一暗场图像，在放入自发光物体后，光电转换元件再获取第二暗场图像，然后根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像，另外可以结合壳体内的光源设备产生的光场下的亮场图像，更有效地、更准确地获取清晰度较高的自发光物体的目标图像，操作过程简单、成像耗时较短，且该成像装置具有结构小、制造成本低、操作便捷且方便携带等优点。
实施例3
本实施例的生物样品膜上的自发光物体的成像装置是对实施例1的进一步改进，具体地：
本实施例包括实施例2中的光源设备6。
光电转换元件2还用于在未将生物样品膜放入壳体且由外部光源提供均匀光场时，获取设定采集时长内对应的亮场图像，即第一暗场图像、第二暗场图像和亮场图像对应的数据采集时长均一致；
图像校正设备3还用于根据第一暗场图像和亮场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像，如图10所示，该图与第一暗场图像的区别在于：其整体亮度高于第一暗场图像的整体亮度
采用光电转换元件获取亮场图像的过程包括：
打开遮光盖4，清除该成像装置中载物台(即光电转换元件)上残留的污渍等；
如图13所示，在开放的空间里，在成像装置正上方设置一外部光源(顶部照明灯S)，且距离成像装置约2米处；
等待1分钟，然后采用光电转换元件采集该均匀亮场中每个像素点的数值If2。
则图像校正设备根据第一暗场图像和亮场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
其中，I表示目标图像对应的像素数据，I0表示第二暗场图像对应的像素数据，Id表示第一暗场图像对应的像素数据，If2表示在由外部光源提供均匀光场中获取的亮场图像对应的像素数据。
第二暗场图像、第一暗场图像以及亮场图像尺寸大小一致，I0-Id的差值以及If2-Id均为针对两张图像中同一像素点，比值I为每个像素点对应的信号强度百分比。
具体地，如图11所示，横坐标表示泳道(1-5)，纵坐标表示每个泳道的信号强度百分比(单位：％)，从左向右依次减弱。选取生物样品膜上的每个泳道，并计算每个泳道的信号值，基于这些信号值比较每个泳道目标蛋白的信号强度，其中信号值越大，对应泳道的目标蛋白的信号强度越强，显示的颜色越深(即显示越清晰)，如图12所示，从左到右(泳道1-5)为自发光物体即目标蛋白所在位置处，其对应的信号强度逐渐递减，显示的颜色也依次逐渐变浅，另外，B区域表示预染的分子量标样的标志物所在区域。
因此，根据数据处理得到的信号值，可以获得更精确的生物样品膜上目标蛋白强度(即自发光物体)的目标图像。
本实施例中，图像采集装置中的壳体内部构成暗室空间，在没有放入自发光物体时，光电转换元件先获取第一暗场图像，在放入自发光物体后，光电转换元件再获取第二暗场图像，然后根据第一暗场图像对第二暗场图像进行校正处理，获取自发光物体对应的目标图像，另外可以结合外部光源产生的光场下的亮场图像，更有效地、更准确地获取清晰度较高的自发光物体的目标图像，操作过程简单、成像耗时较短，且该成像装置具有结构小、制造成本低、操作便捷且方便携带等优点。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括壳体、光电转换元件和图像校正设备；
所述壳体内部构成暗室空间；
所述光电转换元件设于所述壳体内；
所述光电转换元件用于在未放入生物样品膜时，获取设定采集时长内所述壳体内部的第一暗场图像；
其中，所述生物样品膜上承载有自发光物体；
在将所述生物样品膜贴附在所述光电转换元件表面后，所述光电转换元件还用于获取所述设定采集时长内所述壳体内部的第二暗场图像；
所述图像校正设备用于根据所述第一暗场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像。
2.如权利要求1所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述图像校正设备根据所述第一暗场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
I＝I0-Id
其中，I表示所述目标图像对应的像素数据，I0表示所述第二暗场图像对应的像素数据，Id表示所述第一暗场图像对应的像素数据。
3.如权利要求1所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括光源设备，所述光源设备设于所述壳体内。
4.如权利要求3所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述光电转换元件还用于在未将所述生物样品膜放入所述壳体且开启所述暗室空间内的所述光源设备后，获取所述设定采集时长内所述壳体内部的亮场图像；
所述图像校正设备还用于根据所述第一暗场图像和所述亮场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像。
5.如权利要求3所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述光电转换元件还用于在未将所述生物样品膜放入所述壳体、所述壳体处于打开状态且由外部光源提供均匀光场时，获取所述设定采集时长内对应的亮场图像；
所述图像校正设备还用于根据所述第一暗场图像和所述亮场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像。
6.如权利要求4或5所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述图像校正设备根据所述第一暗场图像和所述亮场图像对所述第二暗场图像进行校正处理，获取所述自发光物体对应的目标图像对应的公式如下：
其中，I表示所述目标图像对应的像素数据，I0表示所述第二暗场图像对应的像素数据，Id表示所述第一暗场图像对应的像素数据，If表示所述亮场图像对应的像素数据。
7.如权利要求3所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述壳体包括遮光盖和底座；
所述遮光盖的一侧和所述底座的一侧铰接；
当所述遮光盖与所述底座闭合时，所述壳体内部构成所述暗室空间。
8.如权利要求7所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述光源设备设于所述遮光盖内侧的顶部位置；和/或，
所述光源设备开启后对应的光照时长为10ms-30s；和/或，
所述光源设备包括点阵状布置的若干LED灯珠、若干个由光纤导入的灯、若干根平行排列的灯管或若干个板块状的灯。
9.如权利要求7所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括散光板；
所述散光板固设于所述遮光盖内侧且位于所述光源设备正下方；和/或，
所述光电转换元件包括CMOS芯片、CCD芯片或非晶硅光电转换探测器；和/或，
所述生物样品膜包括蛋白膜、琼脂糖胶块、琼脂糖胶条、聚丙烯酰氨凝胶胶块或聚丙烯酰氨凝胶胶条。
10.如权利要求7所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括保护膜；
所述保护膜的两侧分别与所述生物样品膜和所述光电转换元件贴合。
11.如权利要求10所述的生物样品膜上的自发光物体的成像装置，其特征在于，所述保护膜的厚度为0.01mm-0.2mm；和/或，
所述保护膜的材质为钢化玻璃膜或硬质塑料膜。
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WO2020192755A1 (zh) * 2019-03-28 2020-10-01 上海易孛特光电技术有限公司 生物样品膜上的自发光物体的成像方法及装置
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