[发明专利]扫描电镜透射模式与透射电镜联用的病毒快速检测系统

说明书

本发明属于电镜显微成像和图像处理领域，具体涉及一种扫描电镜透射模式与透射电镜联用的病毒快速检测系统、方法、装置，旨在解决现有基于透射电镜的病毒检测操作复杂、成像效率以及检测准确率低的问题。本系统包括样品获取模块，配置为获取待检测的病毒标本，并将其滴在带有支持膜的铜网上；扫描电镜成像模块，配置为得到扫描电镜透射图像；像素位置获取模块，配置为获取各病毒颗粒以及其对应的铜网方格的顶点在图像中的像素位置；变换矩阵计算模块，配置为计算从图像像素位置映射到透射电镜物理坐标的透射变换矩阵；形态结构检测模块，配置为得到每个病毒颗粒的形态结构。本发明简化了检测操作，并提高了成像效率以及检测的准确率。

技术领域

本发明属于电镜显微成像和图像处理领域，具体涉及一种扫描电镜透射模式与透射电镜联用的病毒快速检测系统、方法、装置。

背景技术

病毒是一种个体微小，结构简单，是能够利用宿主细胞的营养物质来自主地复制自身的DNA或RNA、蛋白质等生命组成物质的微小生命体。

病毒大小一般在几十到几百纳米。鉴于病毒尺度微小,而透射电镜的分辨率可以达到0.2纳米。因此，透射电镜是目前能够直接观察病毒具体形态的有效方法，是临床病毒学研究的重要工具，能够实现对病原体的形态结构特征成像，以及抗病毒药物设计。

病毒一般存在于细胞培养或临床样品中，样品通常为溶液形态。经过采取分离、提纯和浓缩后，将其滴到带有支持膜的铜网上，通过铜网支持膜吸附病毒。进而利用负染剂(醋酸双阳铀或磷钨酸等)对样品形成负反差，提高样品的衬度和分辨率，最后在透射电镜下进行观察。

利用透射电镜检测样品中的病毒颗粒存在以下问题：透射电镜的视场非常小，一般在10微米x10微米以下，当标本中病毒含量过低时，需要大量移动样品杆，在标本的不同位置进行成像，以覆盖足够多的区域检测病毒，样品杆的移动和透射电镜成像需要消耗大量的时间；透射电镜的样品仓中只能放置一个承载样品的铜网，需要对多个铜网进行成像时，需要手动操作进行铜网的更换，这一过程不仅耗时，也无法自动化完成；透射电镜观察病毒结构时，由于加速电压较高，对于生物样品的穿透能力强，形成的透射像衬度低，很容易对病毒颗粒漏检或误捡，不利于病毒的检测。因此，透射电镜不适用于快速、高通量的病毒检测与成像任务。

扫描电镜尽管成像分辨力弱于透射电镜，一般为1.5纳米，不能清晰的展现病毒的具体形态结构。但其加速电压较低，其透射模式可大大提高成像的样品衬度，有利于病毒颗粒的人工或自动识别。扫描电镜透射模式的视场是透射电镜的数十倍，单张图像像素可以达到32768x32768，只需要一张或几张图像就可以覆盖铜网中的感兴趣区域，样品台只需要少许的移动就可以完成大范围的成像。此外，扫描电镜的样品托上可以同时放置多个铜网，因此，只需要前期花费很短的时间人工参与定位，调节扫描参数，后面直接自动成像(包括自动对焦和对比度调节)，减少人工参与的时间，大幅提升图像的成像通量。

因此，结合扫描电镜透射模式的高通量成像和衬度优点，提升透射电镜病毒检测与成像的通量，对于生物医学与公共卫生领域，具有非常重要的理论意义和实用价值。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有基于透射电镜的病毒检测操作复杂、成像效率低以及检测准确率低问题，本发明第一方面，提出了一种扫描电镜透射模式与透射电镜联用的病毒快速检测系统，该系统包括：病毒标本获取模块、扫描电镜成像模块、像素位置获取模块、变换矩阵计算模块、形态结构检测模块；

所述病毒标本获取模块，配置为获取待检测的病毒标本，并将其滴在带有支持膜的一个或多个铜网上；

所述扫描电镜成像模块，配置为在透射模式下，扫描电镜对铜网中包含深色团簇的各方格进行成像，得到扫描电镜透射图像；

所述像素位置获取模块，配置为对所述扫描电镜透射图像进行病毒检测，获取每个病毒颗粒在图像中的像素位置以及其对应的铜网方格的顶点在图像中的像素位置；