專利名稱：計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物材料和食品的低溫保存，尤其涉及一種計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的背景為生物材料和食品的低溫保存研究。在生物材料(如血液、精子、皮膚、微生物等)的低溫保存領(lǐng)域，細(xì)胞在冷凍和隨后的復(fù)溫過程中會(huì)受到諸如胞內(nèi)冰晶、高濃度電解質(zhì)溶液等因素的損傷，使得生物材料的回收率降低，因而有必要對(duì)細(xì)胞在冷凍和復(fù)溫過程中的變化進(jìn)行跟蹤研究；在食品冷凍領(lǐng)域，冰晶的大小和分布，不僅影響食品在解凍后的外觀和口味，而且影響食品營養(yǎng)成分的保持，因而有必要對(duì)冷凍過程中冰晶的形成和生長過程進(jìn)行跟蹤研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)。
它具有倒置式光學(xué)顯微鏡、低溫臺(tái)、冷熱量供給裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)；倒置式光學(xué)顯微鏡具有聚光鏡、物鏡和攝象機(jī)，冷熱量供給裝置具有氮?dú)馄俊⒘髁坑?jì)、液氮容器、鍍膜玻璃，攝象機(jī)輸出的信號(hào)通過圖象采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)，低溫臺(tái)上的溫度由微型熱電偶測量，信號(hào)經(jīng)巡檢儀轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過串行口通訊進(jìn)入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)一方面通過數(shù)據(jù)采集控制卡控制電磁閥和三電子膨脹閥的開關(guān)和開度的大小，另一方面通過接口電路控制低溫臺(tái)上鍍膜的加熱量；低溫臺(tái)冷卻所需的冷量由液氮容器中的液氮提供。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)冷卻介質(zhì)的流量控制不需要耐低溫的閥門，使系統(tǒng)的制作成本大大降低；2)加熱采用鍍膜玻璃，從熱源到樣品間傳熱距離很短，減少了溫度控制的滯后，提高了控溫的穩(wěn)定性；3)圖象采集和溫度控制集中于一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成，能夠獲得準(zhǔn)確的圖象與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，有利于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。


圖1是計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)低溫臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)具有倒置式光學(xué)顯微鏡、低溫臺(tái)、冷熱量供給裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)；倒置式光學(xué)顯微鏡具有聚光鏡4、物鏡6和攝象機(jī)8，冷熱量供給裝置具有氮?dú)馄?、流量計(jì)2、液氮容器3、鍍膜玻璃19，攝象機(jī)8輸出的信號(hào)通過圖象采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)10，低溫臺(tái)5上的溫度由微型熱電偶測量，信號(hào)經(jīng)巡檢儀(9)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過串行口通訊進(jìn)入計(jì)算機(jī)10；計(jì)算機(jī)10一方面通過數(shù)據(jù)采集控制卡控制電磁閥14和電子膨脹閥11、12、13的開關(guān)和開度的大小，另一方面通過接口電路7控制低溫臺(tái)上鍍膜的加熱量；低溫臺(tái)5冷卻所需的冷量由液氮容器3中的液氮提供。
低溫臺(tái)5由不銹鋼制作的上板17、下板18粘合而成，在上板17上開有氮?dú)膺M(jìn)出口孔，在上板17上粘有透明的鍍膜玻璃19，鍍膜玻璃19導(dǎo)電的一面朝下，在下板上也粘有一塊玻璃20，樣品22被放在鍍膜玻璃19不導(dǎo)電的一面，上面蓋著蓋玻片21，測溫?zé)犭娕?3被粘在蓋玻片21上面。
倒置式光學(xué)顯微鏡上安裝有攝象機(jī)，可以拍攝顯微視野下的圖象。低溫臺(tái)放在顯微鏡的載物臺(tái)上，而被觀察的樣品則放在低溫臺(tái)上。低溫臺(tái)由上下兩塊不銹鋼基座粘合而成，兩塊基座之間為冷卻介質(zhì)的流動(dòng)通道，為保證顯微鏡的光路暢通，在兩塊基座的光線通過位置都開孔并粘上玻璃，其中粘在上基座上的玻璃是鍍膜玻璃，粘在下基座上的玻璃是普通玻璃。鍍膜玻璃的鍍膜面因?yàn)橐獙?dǎo)電，所以朝下，樣品就放在其不導(dǎo)電的一面。樣品的降溫由在兩塊板之間流動(dòng)的冷卻介質(zhì)提供，而升溫由鍍膜的焦耳熱提供，其溫度在-120～50℃范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最大升溫速率可達(dá)100℃/分鐘，最大降溫速率可達(dá)50℃/分鐘。由于低溫臺(tái)的溫度可能會(huì)遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，若不采取措施，將導(dǎo)致低溫臺(tái)及鄰近區(qū)域結(jié)霜或結(jié)露，從而使光路被阻或被干擾。為此，將低溫臺(tái)、顯微鏡的聚光鏡和物鏡部分隔離出來，用干燥氮?dú)庥枰员Ｗo(hù)，氮?dú)獾牧髁靠梢愿鶕?jù)需要調(diào)節(jié)。
低溫臺(tái)的冷量是由液氮容器里的液氮提供的，液氮由保溫管路輸送至低溫臺(tái)。液氮在管路中會(huì)不斷蒸發(fā)，到達(dá)低溫臺(tái)時(shí)已部分或全部變?yōu)闅庀?。冷卻介質(zhì)(液氮或氣氮)流動(dòng)的動(dòng)力為氮?dú)馊萜骼锏母邏旱獨(dú)狻８邏旱獨(dú)鉁p壓后通過電子膨脹閥、流量計(jì)后進(jìn)入液氮容器，設(shè)置電子膨脹閥的目的是為了控制進(jìn)入液氮容器的氮?dú)饬髁?，流量?jì)的作用是便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)。液氮容器和流量計(jì)之間的管路側(cè)面裝有一手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其作用是在系統(tǒng)停止工作時(shí)給液氮容器瀉壓，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)該閥門是關(guān)閉的。液氮容器和低溫臺(tái)間的管路上裝有一電磁閥，其作用是打開或關(guān)閉向低溫臺(tái)的供冷。在低溫臺(tái)的冷卻介質(zhì)出口管道上裝有一電子膨脹閥，其作用是控制通過低溫臺(tái)的冷卻介質(zhì)的流量。
低溫臺(tái)上樣品的溫度是通過微型熱電偶來測量的，熱電偶粘在樣品上方的蓋玻片的上表面。熱電偶信號(hào)先進(jìn)入巡檢儀(一種單片機(jī)數(shù)據(jù)采集和顯示儀表)，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后，以一定的通訊協(xié)議通過串行口通訊進(jìn)入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)除顯示、存儲(chǔ)溫度信息外，還將測得溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，根據(jù)偏差情況確定控制策略。在降溫階段，以控制鍍膜加熱為主，當(dāng)鍍膜的加熱量超過其總量的某一上限(如80％)時(shí)，關(guān)小電子膨脹閥，減少冷卻氮?dú)獾牧髁?，?dāng)鍍膜的加熱量低于其總量的某一下限(如20％)時(shí)，開大電子膨脹閥，增加冷卻氮?dú)獾牧髁?；在升溫階段，當(dāng)升溫速率較低時(shí)，需要冷卻氮?dú)?，此時(shí)做法與降溫時(shí)一樣，即當(dāng)鍍膜的加熱量超過其總量的某一上限時(shí)，關(guān)小電子膨脹閥，減少冷卻氮?dú)獾牧髁?，?dāng)鍍膜的加熱量低于其總量的某一下限時(shí)，開大電子膨脹閥。由于流量變化后反映到溫度變化有一定時(shí)間上的滯后，為此，當(dāng)一次關(guān)小或開大流量后，需要等侯數(shù)個(gè)采集間隔才能進(jìn)行下一次動(dòng)作。計(jì)算機(jī)既通過數(shù)據(jù)采集控制卡控制管路上的電磁閥的開關(guān)和電子膨脹閥的開度，進(jìn)而控制通過低溫臺(tái)的冷卻介質(zhì)或常溫氮?dú)?直接從高壓氮?dú)馄縼?，不?jīng)過液氮容器)的流量，又通過接口電路控制鍍膜的加熱量。
圖象采集是通過計(jì)算機(jī)上的圖象采集卡完成的，圖象采集卡與顯微鏡上的攝象機(jī)間通過電纜相連接。圖象采集軟件為圖象采集卡所附帶，可以進(jìn)行連續(xù)采集(每秒24楨)，也可以按一定時(shí)間間隔(如1秒、1分鐘)定時(shí)采集。采集后的圖象信息以文件形式存儲(chǔ)，便于進(jìn)一步分析處理。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)，其特征在于它具有倒置式光學(xué)顯微鏡、低溫臺(tái)、冷熱量供給裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)；倒置式光學(xué)顯微鏡具有聚光鏡(4)、物鏡(6)和攝象機(jī)(8)，冷熱量供給裝置具有氮?dú)馄?1)、流量計(jì)(2)、液氮容器(3)、鍍膜玻璃(19)，攝象機(jī)(8)輸出的信號(hào)通過圖象采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)(10)，低溫臺(tái)(5)上的溫度由微型熱電偶測量，信號(hào)經(jīng)巡檢儀(9)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過串行口通訊進(jìn)入計(jì)算機(jī)(10)；計(jì)算機(jī)(10)一方面通過數(shù)據(jù)采集控制卡控制電磁閥(14)和電子膨脹閥(11)、(12)、(13)的開關(guān)和開度的大小，另一方面通過接口電路(7)控制低溫臺(tái)上鍍膜的加熱量；低溫臺(tái)(5)冷卻所需的冷量由液氮容器(3)中的液氮提供。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)，其特征在于所說的低溫臺(tái)(5)由不銹鋼制作的上板(17)、下板(18)粘合而成，在上板(17)上開有氮?dú)膺M(jìn)出口孔，在上板(17)上粘有透明的鍍膜玻璃(19)，鍍膜玻璃(19)導(dǎo)電的一面朝下，在下板上也粘有一塊玻璃(20)，樣品(22)被放在鍍膜玻璃(19)不導(dǎo)電的一面，上面蓋著蓋玻片(21)，測溫?zé)犭娕?23)被粘在蓋玻片(21)上面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種計(jì)算機(jī)控制的低溫生物顯微系統(tǒng)。它由倒置式光學(xué)顯微鏡、低溫臺(tái)、冷熱量供給裝置和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等四部分組成。倒置式光學(xué)顯微鏡上裝有攝像機(jī)；被冷卻的樣品(細(xì)胞懸浮液或薄層生物材料)放在低溫臺(tái)上，冷量由液氮提供，加熱由鍍膜提供，低溫臺(tái)的溫度在－120～50℃范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最大升溫速率可達(dá)100℃/分鐘，最大降溫速率可達(dá)50℃/分鐘；計(jì)算機(jī)通過各種插卡和外圍接口，不僅進(jìn)行低溫臺(tái)上溫度的采集和控制，而且以連續(xù)或定時(shí)拍攝方式獲得冷凍過程的微觀圖象。該系統(tǒng)在生物和食品材料的低溫保存研究領(lǐng)域可發(fā)揮重要作用。
文檔編號(hào)A23L3/375GK1445710SQ0311648
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月16日
發(fā)明者張紹志, 陳光明, 王勤 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)