本實用新型涉及生物快速檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本實用新型涉及一種生物成像儀。

背景技術(shù)：

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，在生命科學、食品藥品監(jiān)測、制藥制水、環(huán)境安全等領(lǐng)域中，都亟待解決稀有細胞或痕量病原微生物的快速實時檢測問題，從而保證一些重大疾病的早期診斷與治療，食品、藥品、水質(zhì)、空氣等的質(zhì)量與安全。目前針對稀有細胞或痕量病原微生物的檢測方法主要有經(jīng)典的平板培養(yǎng)計數(shù)法、顯微熒光計數(shù)法和當前熱門的流式細胞術(shù)。平板計數(shù)法計數(shù)準確，可靠度高，成本低，但因需進行細菌培養(yǎng)，檢測速度慢，時間可長達48～72小時，不能滿足特定場合的快速、實時性要求，同時，有些細菌的培養(yǎng)條件苛刻，當生長環(huán)境，如溫度、營養(yǎng)物組成發(fā)生改變時，一些細菌會進入一種“活的不可培養(yǎng)”狀態(tài)，導致計數(shù)結(jié)果不準確。顯微熒光計數(shù)法是先對目標物品進行染色處理后，置于熒光顯微鏡中進行觀測，手動計數(shù)的方法。該方法檢測時間較長，觀測中存在較明顯的離焦情況，一次所能觀測的區(qū)域也較小，且手動計數(shù)存在很多不確定性，計數(shù)結(jié)果準確度不高。流式細胞術(shù)是利用將標本預處理后，制成單細胞懸浮液，再進行具有特異性的、化學定量關(guān)系的染色后，懸浮液進入流動室，通過用激光激發(fā)，測定散射光和熒光，實現(xiàn)細菌形態(tài)及各種成分的檢測。流式細胞術(shù)具有速度快，多參數(shù)檢測的優(yōu)點，但要求被測物濃度在幾百到幾千數(shù)量級，對于痕量微生物計數(shù)檢測誤差很大。

申請?zhí)枮镃N201510937267.8和CN201510932041.9的專利分別提出一種痕量微生物的檢測方法和檢測系統(tǒng)——利用熒光染料對目標微生物進行標記；用無自發(fā)熒光的濾膜和換膜過濾器對樣本溶液進行過濾，將目標微生物截留在濾膜上；然后通過對濾膜的熒光信號采集和激光掃描得出濾膜的目標微生物分布的二維圖像和目標微生物的計數(shù)結(jié)果。

但是，此種方式掃描是遍歷式，即需要在二維方向上逐行或者逐列進行掃描成像或者計數(shù)，而且需人工判讀，從而無法實現(xiàn)大批量檢測樣本的快速而精確檢測。另外，傳統(tǒng)生物成像儀的大視場成像與高分辨成像難以兼顧，很難實現(xiàn)稀有細胞或痕量病原微生物的大視場高分辨成像、特異性標記及自動快速檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)中存在的不足之處，本實用新型提供一種生物成像儀，實現(xiàn)同時兼顧大視場成像和高分辨率成像，完成稀有細胞或痕量微生物的大批量、快速、精確地識別與檢測。

為了實現(xiàn)根據(jù)本實用新型的這些目的和其它優(yōu)點，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本實用新型提供一種生物成像儀，包括：平臺，其上放置有透明的載片；樣本供給裝置，其用于向所述載片供給具有熒光標記的樣本溶液；推片裝置，其位于所述載片上方，用于推動所述樣本溶液使其細胞單層平鋪于所述載片；載玻片，其嵌設(shè)于所述平臺上，用于透明承載平鋪有所述單層樣本細胞后的所述載片；大視場成像裝置，其位于所述載玻片下方，用于照射平鋪有單層樣本細胞的所述載片、若干次反射所述單層樣本細胞的熒光以及陣列探測經(jīng)若干次反射的所述單層樣本細胞的熒光以輸出所述載片的大視場圖像；顯微成像裝置，其位于所述載玻片上方，用于照射所述載片并對所述載片上所述單層樣本細胞進行顯微成像；以及，控制器，其分別通信連接到所述樣本供給裝置、所述推片裝置、所述大視場成像裝置以及所述顯微成像裝置。

優(yōu)選的是，所述推片裝置包括：若干個沿豎直方向傾斜的推片，若干個所述推片水平并列設(shè)于所述載片上方；以及，三維移動平臺，其連接到所述推片和所述控制器，所述控制器驅(qū)動所述三維移動平臺推動所述推片沿三維方向運動；其中，每個所述推片設(shè)有貫穿的注入孔；所述樣本溶液經(jīng)所述注入孔到達所述載片上。

優(yōu)選的是，所述推片裝置還包括：行程開關(guān)，其用于限制所述推片水平一方向的運動行程；所述行程開關(guān)設(shè)立于所述載片遠離所述三維移動平臺的一側(cè)。

優(yōu)選的是，所述生物成像儀還包括位于所述平臺下方的廢液收納裝置，所述廢液收納裝置包括：收納罐，其位于所述平臺下方；收納槽，其貫通設(shè)于所述行程開關(guān)與所述載片之間的平臺上；以及，收納管，其密封連通于所述收納槽下方與所述收納罐之間；其中，所述收納槽垂直于所述推片推行方向的邊側(cè)寬度大于所述載片對應(yīng)邊側(cè)的寬度。

優(yōu)選的是，所述樣本供給裝置包括：位于所述平臺下方的儲液罐以及位于所述平臺上方的吸取裝置、流量控制裝置和若干個分流管；若干個所述分流管的一端分別依次通過所述流量控制裝置、所述吸取裝置進入所述儲液罐，若干個所述分流管的另一端分別對齊到若干個所述注入孔。

優(yōu)選的是，所述大視場成像裝置包括：第一光源，其透過所述載玻片照射到所述載片上的所述單層樣本細胞；反射鏡組件，其位于所述載玻片下方，所述反射鏡組件包括對照射后所述單層樣本細胞的熒光進行若干次反射的若干個反射鏡；接收組件，其位于所述載玻片下方，用于接收經(jīng)所述若干個反射鏡組件反射后的反射光線；以及，探測器組件，其用于探測所述接收組件接收的所述反射光線以輸出所述載片的大視場圖像；所述探測器組件包括位于所述載玻片下方的若干個大面陣探測器，若干個所述大面陣探測器沿與所述接收組件平行的方向并列設(shè)置。

優(yōu)選的是，所述反射鏡組件包括：第一反射鏡，其位于所述載玻片下方一側(cè)；第二反射鏡，其位于所述載玻片下方且與所述第一反射鏡同側(cè)；以及，第三反射鏡，其位于所述載玻片下方且與所述第一反射鏡對立側(cè)；其中，所述第一反射鏡、所述第二反射鏡以及所述第三反射鏡都是大口徑高次非球面反射鏡；所述第一光源照射載片后，所述單層樣本細胞的熒光依次經(jīng)所述第一反射鏡、所述第三反射鏡、所述第二反射鏡以及所述第三反射鏡的反射后到達所述接收組件。

優(yōu)選的是，所述顯微成像裝置包括發(fā)出水平光的第二光源和位于所述載片上方的顯微成像單元；所述顯微成像單元包括依次豎直向下設(shè)置的顯微成像鏡、第一鏡筒、二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件和顯微物鏡組件以及水平對齊在所述二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件與所述第二光源之間的第二鏡筒；其中，所述顯微物鏡組件包括若干個不同倍率電動的顯微物鏡；所述二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件包括若干個多光譜的二向色鏡，若干個所述二向色鏡水平轉(zhuǎn)動以交替同時對齊所述第一鏡筒、所述第二鏡筒以及一所述顯微物鏡。

優(yōu)選的是，所述顯微成像裝置還包括通信連接到所述控制器的二維調(diào)節(jié)裝置，所述二維調(diào)節(jié)裝置包括用于放置所述載玻片的載臺以及二維控制器，所述二維控制器驅(qū)動所述載臺帶動所述載玻片沿水平做二維方向運動。

優(yōu)選的是，所述生物成像儀還包括將放置于所述平臺上的所述載片搬運至所述載玻片上的搬運裝置；所述搬運裝置設(shè)有具有吸附所述載片以搬運的吸盤機械手；所述吸盤機械手通信連接到所述控制器。

本實用新型至少包括以下有益效果：

1)本實用新型提供的生物成像儀，設(shè)有大視場成像裝置以及顯微成像裝置，在推片裝置和大尺寸載片的配合下，實現(xiàn)同時兼顧大視場成像和高分辨率成像，基于大視場成像和顯微的高分辨率成像的兩步式協(xié)同成像檢測方法，利于目標細胞大批量、快速、精確地識別和檢測；

2)經(jīng)推片裝置推動，呈單層細胞平鋪于載片后剩余的樣本溶液經(jīng)貫通行程開關(guān)與載片之間的收納槽進入收納管、最后到達收納罐，以實現(xiàn)廢棄溶液的收納，避免污染；

3)探測器組件包括位于載玻片下方的若干個大面陣探測器，若干個大面陣探測器沿平行于接收組件的方向并列設(shè)置，則采用基于多個大面陣探測器的精密反射拼接技術(shù)，可構(gòu)建大尺寸共軛高精拼接像面，配合圖像復原技術(shù)和局部精密熱控措施，降低成像熱噪聲，提高信噪比；

4)大視場成像裝置的反射鏡組件，均采用大口徑高次非球面反射鏡，實現(xiàn)高分辨率、寬光譜、無色差探測；反射鏡的非球面參數(shù)，利于校正成像像差、實現(xiàn)無畸變系統(tǒng)成像；

5)樣本供給裝置設(shè)有流量控制裝置，以控制若干個分流管內(nèi)樣本溶液分別經(jīng)若干個注入孔到達載片的流量，利于實現(xiàn)百微升級樣本溶液的單層細胞平鋪；

6)通過控制器，驅(qū)動搬運裝置的吸盤機械手，將放置于平臺上的載片搬運至載玻片上，提高工作效率；

7)顯微成像裝置的二維控制器驅(qū)動載臺帶動載玻片沿水平做二維方向運動，以調(diào)整平鋪有單層樣本細胞的載片分別與大視場成像裝置和顯微成像裝置的相對位置，提高成像的準確率。

本實用新型的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本實用新型的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的生物成像儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型所述的樣本供給裝置與推片裝置的配合示意圖；

圖3為本實用新型所述的大視場成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型所述的顯微成像裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

10-平臺；11-載片；

20-樣本供給裝置；

21-儲液罐；22-吸取裝置；23-流量控制裝置；24-分流管；

30-推片裝置；

31-推片；311-注入孔；32-三維移動平臺；33-行程開關(guān)；

40-載玻片；

50-大視場成像裝置；

51-第一光源；52-接收組件；53-大面陣探測器；

54-第一反射鏡；55-第二反射鏡；56-第三反射鏡；

60-顯微成像裝置；

61-第二光源；62-光源控制器；63-顯微成像鏡；64-第一鏡筒；

65-第二鏡筒；66-顯微物鏡；67-二向色鏡；68-載臺；

70-收納罐。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

如圖1和圖2所示，本實用新型提供一種生物成像儀，其包括：

平臺10，其上放置有透明的載片11；樣本供給裝置20，其用于向載片11供給具有熒光標記的樣本溶液；推片裝置30，其位于載片11上方，用于推動樣本溶液使其細胞單層平鋪于載片11；載玻片40，其嵌設(shè)于平臺10上，用于透明承載平鋪有單層樣本細胞后的載片11；大視場成像裝置50，其位于載玻片40下方，用于照射平鋪有單層樣本細胞的載片11、若干次反射單層樣本細胞的熒光以及陣列探測經(jīng)若干次反射的單層樣本細胞的熒光以輸出載片11的大視場圖像；顯微成像裝置60，其位于載玻片40上方，用于照射載片11并對載片11上單層樣本細胞進行顯微成像；以及，控制器，其分別通信連接到樣本供給裝置20、推片裝置30、大視場成像裝置50以及顯微成像裝置60。

上述實施方式中，使用生物成像儀進行樣本溶液細胞快速成像、識別的過程是：首先，樣本供給裝置20向載片11供給具有熒光標記的樣本溶液；推片裝置30推動樣本溶液使其細胞單層平鋪于載片11；其次，將平鋪有單層樣本細胞的載片11由推片裝置30下方搬運至顯微成像裝置60下方的載玻片40，大視場成像裝置50從載玻片40下方照射載片11，經(jīng)過若干次反射以及陣列探測經(jīng)若干次反射的單層樣本細胞的熒光以輸出載片11的大視場圖像，完成初步識別與檢測；最后，顯微成像裝置60從載玻片40上方照射載片11，實現(xiàn)載片11上單層樣本細胞的顯微成像。該實施方式中，載片11是通過納米壓印技術(shù)構(gòu)筑的大尺寸載片，表面結(jié)構(gòu)精度優(yōu)于5μm。在推片裝置30以及大尺寸載片11的配合下，實現(xiàn)同時兼顧大視場成像和高分辨率成像?；诖笠晥龀上窈透叻直媛食上竦膬刹绞絽f(xié)同成像檢測方法，利于目標細胞大批量、快速、精確地識別與檢測。

上述實施方式中，控制器用于統(tǒng)一控制樣本供給裝置20、推片裝置30、大視場成像裝置50以及顯微成像裝置60的動作過程。作為優(yōu)選，控制器設(shè)于位于平臺10上的一個控制器工作站(圖中未示出)內(nèi)，便于統(tǒng)一化操作與管理。作為進一步優(yōu)選，控制器工作站設(shè)有多個旋鈕，用于分別控制與調(diào)節(jié)樣本供給裝置20、推片裝置30、大視場成像裝置50以及顯微成像裝置60，操作便利。

上述實施方式中，將平鋪有單層樣本細胞的載片11從推片裝置30下方搬運至顯微成像裝置60下方，通常是人工搬運的方式，但是搬運效率低，增加用工成本；也可以通過載片11直接放置載玻片40上、載玻片40與平臺10之間設(shè)有連接控制器的轉(zhuǎn)動組件，轉(zhuǎn)動組件相對于平臺10在推片裝置30下方與顯微成像裝置60下方之間轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)載片11的搬運，搬運效率高；也可以是機械搬運的方式，即生物成像儀還包括將放置于平臺10上的載片11搬運至載玻片40上的搬運裝置；考慮到載片11上平鋪有單層樣本細胞，搬運裝置采用吸盤吸附載片的搬運方式，具體地，搬運裝置設(shè)有通信連接到控制器的吸盤機械手，通過控制器驅(qū)動吸盤機械手，實現(xiàn)吸盤機械手準確吸附載片11并將其由推片裝置30下方搬運至載玻片40上，自動化程度高，工作效率高。

作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，如圖1和圖2所示，推片裝置30包括推片31和三維移動平臺32。推片31沿豎直方向傾斜設(shè)置，推片31具有若干個，每個推片31設(shè)有貫穿的注入孔311；若干個推片31水平并列設(shè)于載片11上方；樣本溶液經(jīng)注入孔311到達載片11上。三維移動平臺32分別連接到推片31和控制器，控制器驅(qū)動三維移動平臺32推動推片31沿三維方向(如圖1中的X、Y、Z三個方向)運動。具體地，樣本溶液經(jīng)注入孔311到達載片11后，控制器驅(qū)動三維移動平臺32首先推動推片31依次沿圖1中Y-方向水平移動以及Z-方向豎直移動至推片31的傾斜下端對齊接觸樣本溶液，再推動推片31沿圖1中Y+方向水平移動以至樣本溶液呈單細胞平鋪于載片11。

作為上述的進一步優(yōu)選，推片裝置30還包括：行程開關(guān)33，行程開關(guān)33設(shè)立于載片11遠離三維移動平臺32的一側(cè)。行程開關(guān)33為硬限位，用于限制推片31水平一方向的運動行程。具體地，如圖1和圖2，行程開關(guān)33設(shè)立于載片11朝向Y+方向的一側(cè)，則三維移動平臺32推動推片31沿圖中Y+方向水平移動、使樣本溶液呈單細胞平鋪至載片11的過程，直至推片31與行程開關(guān)33抵頂停止。

作為上述的進一步優(yōu)選，生物成像儀還包括位于平臺10下方的廢液收納裝置，如圖1所示，廢液收納裝置包括收納罐70、收納槽(圖中未示出)以及收納管(圖中未示出)。收納罐70位于平臺10下方；收納槽貫通設(shè)于行程開關(guān)33與載片11之間的平臺10上；收納管密封連通于收納槽下方與收納罐70之間。推片31推動樣本溶液使其呈單細胞鋪滿載片11后剩余的樣本溶液，經(jīng)推片31進一步推動落入收納槽直至推片31抵頂?shù)叫谐涕_關(guān)33。剩余樣本溶液落入收納槽后，在收納管的引導作用下，順利進入收納罐70實現(xiàn)收納，避免污染。為了避免剩余樣本溶液在推片31的擠壓推動下由載片11上進入收納槽時外泄，收納槽垂直于推片31推行方向的邊側(cè)寬度大于載片11對應(yīng)邊側(cè)的寬度，即收納槽沿X方向的寬度大于載片11沿X方向的寬度。

作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，如圖1和圖2所示，樣本供給裝置20包括：位于平臺下方的儲液罐21以及位于平臺上方的吸取裝置22、流量控制裝置23和若干個分流管24；若干個分流管24的一端分別依次通過流量控制裝置23、吸取裝置22進入儲液罐21，若干個分流管的另一端分別對齊到若干個注入孔311。該實施方式中，儲液罐21中的樣本溶液經(jīng)吸取裝置22的吸取后由分流管24的一端進入分流管24；流量控制裝置23用于控制分流管24內(nèi)樣本溶液的流量；樣本溶液經(jīng)分流管24的另一端進入注入孔311并最終落入注入孔311下方的載片11上。流量控制裝置23控制若干個分流管24內(nèi)樣本溶液分別經(jīng)若干個注入孔311到達載片11的流量，利于實現(xiàn)百微升級樣本溶液的單層細胞(厚度≤15μm)平鋪。

作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，如圖3所示，大視場成像裝置50包括第一光源51、反射鏡組件、接收組件52以及探測器組件。第一光源51透過載玻片40照射到載片11上的單層樣本細胞。反射鏡組件位于載玻片40下方，反射鏡組件包括對照射后單層樣本細胞的熒光進行若干次反射的若干個反射鏡。具體地，反射鏡組件包括：第一反射鏡54，其位于載玻片40下方一側(cè)；第二反射鏡55，其位于載玻片40下方且與第一反射鏡54同側(cè)；第三反射鏡56，其位于載玻片40下方且與第一反射鏡54對立側(cè)。接收組件52位于載玻片40下方，用于接收經(jīng)若干個反射鏡組件反射后的反射光線。探測器組件用于探測接收組件52接收的反射光線以輸出所述載片的大視場圖像；探測器組件包括位于載玻片下方的若干個大面陣探測器53，若干個大面陣探測器53沿與接收組件52平行的方向并列設(shè)置。

該實施方式中，第一光源51為大視場陣列光源，第一光源51照射到載片11后，單層樣本細胞的熒光依次經(jīng)第一反射鏡54、第三反射鏡56、第二反射鏡55以及第三反射鏡56的反射后到達接收組件52，并由若干個沿與接收組件52平行的方向并列設(shè)置的大面陣探測器進行探測，以輸出大視場的圖像，進行樣本溶液細胞的初步判讀和識別。第一反射鏡54、第二反射鏡55以及第三反射鏡56都是大口徑高次非球面反射鏡，實現(xiàn)高分辨率、寬光譜、無色差探測；反射鏡的非球面參數(shù)，利于校正成像像差、實現(xiàn)無畸變系統(tǒng)成像；更進一步地，采用定心技術(shù)精確裝調(diào)，系統(tǒng)波像差小于λ/10。在若干個并列設(shè)置的大面陣探測器53的基礎(chǔ)上，采用精密反射拼接技術(shù)，可構(gòu)建大尺寸共軛高精拼接像面，配合圖像復原技術(shù)和局部精密熱控措施，可降低成像熱噪聲、提高信噪比。為了保證若干個并列設(shè)置的大面陣探測器53成像的一致性和準確性，對若干個并列設(shè)置的大面陣探測器53采用同步成像，并采用輻射定標和均勻光照明。

作為本實用新型的優(yōu)選實施方式，如圖4所示，顯微成像裝置60包括發(fā)出水平光的第二光源61和位于載片11上方的顯微成像單元。第二光源61連接有光源控制器62，光源控制器62用于控制和調(diào)節(jié)光源61發(fā)出均勻的水平光。顯微成像單元包括依次豎直向下設(shè)置的顯微成像鏡63、第一鏡筒64、二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件和顯微物鏡組件以及水平對齊在二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件與光源61之間的第二鏡筒65；顯微物鏡組件包括若干個不同倍率電動的顯微物鏡66；二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件包括若干個多光譜的二向色鏡67，若干個二向色鏡67水平轉(zhuǎn)動以交替同時對齊第一鏡筒64、第二鏡筒65以及一顯微物鏡66。該實施方式中，第二光源61發(fā)出的光經(jīng)第二鏡筒65水平朝向二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件，依次調(diào)整二向色鏡轉(zhuǎn)輪組件和顯微物鏡組件，使得第二光源61的水平光依次經(jīng)一個二向色鏡67、顯微物鏡66到達該顯微物鏡66下方的載片11上實現(xiàn)照射，照射后的載片11上單層樣本細胞的熒光依次經(jīng)顯微物鏡66、二向色鏡67、第一鏡筒64進入顯微成像鏡63實現(xiàn)顯微成像。

作為上述的優(yōu)選，顯微成像裝置60還包括通信連接到控制器的二維調(diào)節(jié)裝置，二維調(diào)節(jié)裝置包括用于放置載玻片的載臺68以及二維控制器，二維控制器驅(qū)動載臺68帶動載玻片40沿水平做二維方向(如圖4中X、Y方向)運動。通過二維調(diào)節(jié)裝置，以調(diào)整平鋪有單層樣本細胞的載片11分別與大視場成像裝置50和顯微成像裝置60的相對位置，提高成像的準確率。

盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。