[发明专利]用于生物反应器的在线细胞显微观察仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线细胞显微观察仪，特别是一种应用于生物反应器的在线细胞形态观察仪。

背景技术

微生物细胞、动物细胞在生物反应器中培养时，为了实时了解其生长与形态变化情况，最直接有效的方法就是对其进行取样分析。传统方法采用离线间隔取样，这种方法难以避免杂菌污染问题，且观察动态性差，过程分析较困难。针对这些问题，科研人员研制了多种在线显微观察仪(In-situ microscope)。

德国专利 （专利号DE 4032002）介绍了在一种线细胞观察仪设计，其特点为生物反应器侧壁开有透明孔，外部打入光源，在被观测细胞溶液反射后经过半透半反透镜，再聚焦于摄像机上， 然后送入图像处理单元。该装置的缺点是透明玻璃反应器内侧壁上有附着物后无法清洗。2004年德国专利(DE10350243)也介绍了一种利用SLD(Super Light Diode)照明，Multimode Fiber(多模光纤)传输、同步高速摄像的在线细胞观察仪。它由反应器外产生激光，通过多模光纤深入细胞溶液，再照射到样品细胞，显微物镜汇聚细胞散射的光再成像于摄像机上，然后通过传输单元送入计算机处理。由于观测样品一直处于运动中且采用明视场照明方式，对于样品的对比度和分辨率要求难以满足量化分析要求，且机械结构复杂，成本较高。

国内发明专利(200710042189.0)和实用新型(200720071207.3)提出一种采用暗视场照明以提高对于细胞所成图像的对比度以及分辨率的在线细胞显微观察仪；提供一种可更换波长的外部光源系统；结构简单的机械取样装置，操作简便和制造成本低。该观察仪由于是采用外部光源的暗视场照明方式，光学系统复杂，成本较高。且在观察仪使用过程中清洗机构和取样机构长期使用后易相互卡位，需要维护校正，结构的可靠性有待提高。

发明内容

为了克服现有技术缺点提供一种具备可变倍物镜组的光学系统，固定观察腔的取样装置，内部明视场照明方式和清洁机构的在线细胞显微观察仪。

    为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于生物反应器的在线细胞显微观察仪，其特点是，该观察仪包括观察仪主体、可变倍光学系统、取样装置、清洗机构、内部光源结构和控制器，所述观察仪主体通过固定螺母与生物反应器相连接,固定螺母拧紧后主体上的密封圈受挤压变形使得观察仪主体和生物反应器之间相互密封，所述观察仪主体上开有三个孔，分别与可变倍光学系统、取样装置和清洗机构相连接；所述内部光源结构与观察仪主体之间通过一根可直线移动的伸缩杆连接；所述的清洁机构通过在观察仪主体孔中穿有的活动轴相连接，清洁机构采用硅橡胶刮扫叶，清洁电机带动其在取样结束后刮扫。

    所述可变倍光学系统由可变倍物镜组和CCD摄像机组成，调整可变倍物镜组的位置，使观测对象能清晰成像，然后通过锁紧螺母固定可变倍物镜组在观察仪主体上，当观察对象形体尺寸变化时，调整可变倍物镜组放大倍数，获取清晰成像效果。

    所述可变倍物镜组采用可变焦物镜和前组物镜耦合的方式，前组物镜为前组物镜为NA=0.3高分辨率短共轭距长工作距物镜，放大倍数M₁=8x；可变焦物镜为Zoom物镜组，放大倍数M₂=1.33～3.5x，以期实现细胞生长过程中动态观察和观察范围的变化，该两组物镜通过一中间透镜有效匹配。

    所述取样装置由驱动电机、由从动齿轮和主动齿轮组成的齿轮组、套筒、限位块、伸缩杆、密封环、密封环盖板、固定套筒、紧固螺母、固定套筒防水玻璃和主体防水玻璃组成，固定套筒防水玻璃的一端置有一个凹槽，当固定套筒防水玻璃与主体防水玻璃紧密接触时，该凹槽形成一个隔离的取样腔，LED光正好从该取样腔中透过并使样品在可变倍光学系统中成像。

    所述清洗机构包括硅胶刮扫叶、刮扫叶轴、活动轴、清洁电机、支撑板、圆棍、档块，清洁电机带动活动轴使圆棍碰到挡块时，清洁电机堵转，电流升高，控制器根据电流升高改变清洁电机转向，实现硅胶刮扫叶往复刮扫。

    所述内部光源结构主要包括LED灯，密封环(、密封环盖板、固定套筒、紧固螺母和防水玻璃，LED灯装在固定套筒的底部，电源线从密封环内部走，再经过伸缩杆中间的通孔伸到观察仪外部，固定套筒的右端粘好防水玻璃，LED灯发出的光从固定套筒透过防水玻璃照到样品中,使样品在CCD摄像机中成像。