[发明专利]微生物非直观成像检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种微生物非直观成像检测装置及方法，装置包括光源、起偏器、液晶相位延迟器、第一波片、第一反射镜、聚光镜、培养皿、物镜、第二反射镜、第二波片、检偏器、成像透镜、相机、液晶控制器和计算机。方法包括：光源出射光束经起偏器变为线偏振光，之后通过液晶相位延迟器和第一波片后入射到放置微生物式样的培养皿，培养皿透射出的光束经物镜、第二反射镜、第二波片、检偏器、成像透镜后进入相机，在此过程中计算机控制液晶控制器驱动液晶相位延迟器调制入射光偏振角度，并控制相机采集一系列偏振图像，之后根据这些图像计算获得微生物式样的各参数图像。本发明具有能够实时监测微生物生长培养过程，无需式样处理，且具备多参数高分辨成像等优点。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，特别涉及一种微生物非直观成像检测装置及方法。

背景技术

微生物的研究对于生物工程的发展有着至关重要的作用，以微生物作为研究对象解决了生物学上的许多重大问题。微生物学是分子生物学的支柱之一，获诺贝尔生理学或医学奖的近一半工作都与微生物有关，且微生物也在当代工业和农业生产过程中起着十分显著的作用。对微生物形态结构、生理生化、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的规律的研究成果，被广泛应用于工业发酵、医学卫生、生物工程和环境保护等实践领域。

目前针对微生物的检测方法和手段，除了原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等方式外，比较常用的方法还有荧光显微成像、相差显微成像等。其中，原子力显微镜(AFM)采用探针扫描，成像速度慢；扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)需要对式样进行特殊处理，成像后的式样无法继续培养；而荧光显微成像需要对式样进行荧光标记处理，存在污染式样的风险；相差显微成像虽然对式样不需要对式样进行处理，但对微生物纳米级的结构分辨能力不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实时监测微生物生长培养过程，无需式样处理，并具备多参数高分辨成像的微生物非直观成像检测装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微生物非直观成像检测装置，包括光源，沿光源出射光束方向依次同轴设置的起偏器、液晶相位延迟器、第一波片和第一反射镜，沿第一反射镜反射光方向依次同轴设置的聚光镜、放置微生物式样的培养皿、物镜、第二反射镜，以及沿第二反射镜反射光方向依次同轴设置的第二波片、检偏器、成像透镜、相机；所述相机与计算机连接，液晶相位延迟器通过液晶控制器与计算机连接；所述起偏器、液晶相位延迟器、第一波片用于调节光源出射光束的偏振状态和偏振角度；

所述光源的出射光束依次经起偏器、液晶相位延迟器、第一波片、第一反射镜以及聚光镜后，对培养皿中的微生物式样进行照明，培养皿透射的光依次经物镜、第二反射镜、第二波片、检偏器、成像透镜后在相机的靶面成像；在此过程中，计算机通过液晶控制器驱动液晶相位延迟器对光束进行相位延迟，并控制相机采集图像。

基于上述微生物非直观成像检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1、搭建微生物非直观成像检测装置；

步骤2、打开光源，计算机驱动液晶相位延迟器工作将光源的出射光束调制为具有一定偏振角度的线偏振光，该线偏振光经第一反射镜反射及聚光镜后入射到置于培养皿内的微生物式样，培养皿透射的光依次经物镜、第二反射镜、第二波片、检偏器、成像透镜后在相机的靶面成像，计算机控制相机采集微生物式样偏振图像；

步骤3、计算机驱动液晶相位延迟器对光源出射光束的偏振角度进行周期性调制，同时控制相机采集图像，获得一系列微生物式样偏振图像并保存至计算机；

步骤4、计算机对所述一系列微生物式样偏振图像进行计算处理，获得微生物式样的各参数图像，包括去偏振图、相位差图以及方位角图。

进一步地，步骤4所述计算机对所述一系列微生物式样偏振图像进行计算处理，获得微生物式样的各参数图像，包括去偏振图、相位差图以及方位角图，所采用的公式分别为：