培养箱和生物样本形态成像设备的制作方法

[0001]
本公开涉及生物仪器技术领域，具体涉及一种培养箱和生物样本形态成像设备。


背景技术：

[0002]
生物培养箱具有温度控制功能，可以将培养箱内部的温度控制在预定的温度，例如20℃、25℃、37℃等，以控制环境中的温度变量，实现特定的目的。然而，本发明人发现，在一些特殊场景下，对培养箱内的物体的稳定性要求非常高，需要尽可能地降低扰动，现有技术不能满足这一需求。


技术实现要素：

[0003]
为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种培养箱和生物样本形态成像设备。
[0004]
第一方面，本公开实施例提供了一种培养箱，包括：
[0005]
箱体，所述箱体包括至少一个箱门，所述箱体底部具有开孔；
[0006]
温度控制系统，包括温度传感器、温度调节装置和控制电路，所述控制电路用于根据所述温度传感器获得的温度和目标温度，控制所述温度调节装置工作。
[0007]
结合第一方面，本公开在第一方面的第一种实现方式中，所述温度调节装置包括压缩机、冷凝器、蒸发器和循环风机，其中，所述压缩机设置于所述箱体的外部。
[0008]
结合第一方面，本公开在第一方面的第二种实现方式中，所述箱体的至少一侧设置有观察窗，所述观察窗两侧覆有镀膜，以增加观察窗在可见光和/或红外光波段的透光率。
[0009]
结合第一方面的第二种实现方式，本公开在第一方面的第三种实现方式中，所述观察窗周围安装有加热件。
[0010]
结合第一方面，本公开在第一方面的第四种实现方式中，所述箱体上设置有通孔，所述箱体内部设置有插座，所述插座通过所述通孔与外部电连接。
[0011]
结合第一方面，第一方面的第一种至第四种实现方式中的任一项，本公开在第一方面的第五种实现方式中，所述箱体上设置有进气口和排气口，所述培养箱还包括气体控制装置，与所述进气口相连，所述气体控制装置包括：
[0012]
多种不同成分的气源，
[0013]
混气设备；以及
[0014]
气体传感器，设置于所述箱体内，用于检测所述箱体内的气体浓度。
[0015]
结合第一方面的第五种实现方式，本公开在第一方面的第六种实现方式中，所述混气设备包括：
[0016]
与所述气源对应的多条气路；
[0017]
控制器，通过控制所述多条气路的截止阀和流量控制器，控制所述多条气路的气体流量；以及
[0018]
混气罐，与所述多条气路相连，用于混合气体，并与所述进气口相连。
[0019]
结合第一方面的第五种实现方式，本公开在第一方面的第七种实现方式中：
[0020]
所述气源包括氮气气源；以及/或者
[0021]
所述气源包括乙烯气源；以及/或者
[0022]
所述气源包括二氧化碳气源；以及/或者
[0023]
所述气源包括空气气源，在所述空气气源对应的气路上设置有旁路电磁阀。
[0024]
结合第一方面的第五种实现方式，本公开在第一方面的第八种实现方式中，所述排气口处设置有排气电磁阀。
[0025]
第二方面，本公开实施例提供了一种生物样本形态成像设备，包括：
[0026]
如第一方面、第一方面的第一种至第八种实现方式中任一项所述的培养箱；
[0027]
生物样本培养模块，设置于所述培养箱的内部；
[0028]
成像模块，用于采集所述生物样本培养模块中培养的植物幼苗的图像。
[0029]
根据本公开实施例提供的技术方案，通过在恒温培养箱底部开孔，能够使特定物体穿过培养箱固定在隔震平台上，特定物体不易受到培养箱晃动的影响而能够保持稳定，同时隔震平台的上表面对培养箱底部形成密封，保持培养箱内部的密闭性。
[0030]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
[0031]
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
[0032]
图1示出根据本公开实施例的培养箱的示意图；
[0033]
图2示出根据本公开实施例的气体控制装置的示意图；
[0034]
图3示出根据本公开实施例的生物样本形态成像设备的示意图。
具体实施方式
[0035]
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。
[0036]
在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。
[0037]
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
[0038]
生物培养箱具有温度控制功能，可以将培养箱内部的温度控制在预定的温度，例如20℃、25℃、37℃等，以控制环境中的温度变量，实现特定的目的。然而，本发明人发现，在一些特殊场景下，对培养箱内的物体的稳定性要求非常高，需要尽可能地降低扰动，现有技术不能满足这一需求。
[0039]
本公开实施例提供的培养箱，包括箱体，所述箱体包括至少一个箱门，所述箱体底部具有开孔；温度控制系统，包括温度传感器、温度调节装置和控制电路，所述控制电路用
于根据所述温度传感器获得的温度和目标温度，控制所述温度调节装置工作。根据本公开实施例提供的技术方案，通过在恒温培养箱底部开孔，能够使特定物体穿过培养箱固定在隔震平台上，特定物体不易受到培养箱晃动的影响而能够保持稳定，同时隔震平台的上表面对培养箱底部形成密封，保持培养箱内部的密闭性。
[0040]
图1示出根据本公开实施例的培养箱的示意图。如图1所示，该培养箱包括：
[0041]
箱体8，所述箱体8包括至少一个箱门81，所述箱体8底部具有开孔14；
[0042]
温度控制系统7，包括温度传感器、温度调节装置和控制电路，所述控制电路用于根据所述温度传感器获得的温度和目标温度，控制所述温度调节装置工作。
[0043]
根据本公开实施例提供的技术方案，通过在恒温培养箱底部开孔，能够使特定物体穿过培养箱固定在隔震平台上，特定物体不易受到培养箱晃动的影响而能够保持稳定，同时隔震平台的上表面对培养箱底部形成密封，保持培养箱内部的密闭性。
[0044]
根据本公开实施例，为了进一步加强培养箱底部与隔震平台之间的密闭性，可以在培养箱底部设置一层橡胶垫。特定物体可以穿过开孔41和橡胶垫固定在隔震平台上。
[0045]
根据本公开实施例，所述温度调节装置7包括压缩机6、冷凝器、蒸发器和循环风机，其中，所述压缩机6设置于所述箱体8的外部，其他部分设置于箱体8内。例如，如图1所示，压缩机6设置在所述箱体8的外部，由铜管与箱体8连接，从而避免压缩机6工作时产生的震动干扰箱体8内需要保持稳定的特定物体。箱体8内还设置有出风口9，当箱体8的箱门81关闭后，温度调节装置7冷却或加热后的空气从出风口9吹出，从循环风机吸回，以实现箱体8内密闭空间的温度控制。出风口9可以设置在箱体底部，并且可以设置为长条形，以增加出口截面积，从而在相同风速下可以提高温度控制能力。
[0046]
根据本公开实施例，该温度调节装置可以用于控制所述箱体内部保持恒温，也可以按照预定温度程序控制箱体内部的温度变化，例如可以控制箱体内部的温度以2摄氏度/分钟的速度在20摄氏度和30摄氏度之间反复改变等等。
[0047]
根据本公开实施例，所述箱体的至少一侧设置有观察窗，所述观察窗两侧覆有镀膜，以增加观察窗在可见光和/或红外光波段的透光率。
[0048]
根据本公开实施例，箱体8外侧的成像设备可以透过观察窗10对箱体内的物体进行拍摄，观察窗10所用玻璃采用双面镀膜，同时增加玻璃在可见光与例如940nm红外光波段的透光率，以减少箱体8外侧的红外照明光源反射到镜头中的反光，并减少箱体8内的物体在使用箱体8外侧的传感器检测时的光信号损失。
[0049]
根据本公开实施例，所述观察窗10的周围安装有加热件，用于防止内层观察窗玻璃在内部低温环境时的表面结霜。
[0050]
根据本公开实施例，所述箱体上设置有通孔，所述箱体内部设置有插座，例如航空插座面板13上的航空插座，所述插座通过所述通孔与外部电连接。箱体8内部设备与外界的电气连接均通过该面板上的航空插座，以保证走线处不透光、不漏气。
[0051]
根据本公开实施例，所述箱体上设置有进气口11和排气口12，所述培养箱还包括气体控制装置，与进气口11相连。气体控制装置通过进气口11向箱体8内输送气体，并从排气口12排出，以控制箱体8内部各气体成分的浓度。
[0052]
根据本公开实施例，所述排气口12处设置有排气电磁阀。通常状态下，排气电磁阀处于关闭状态，以保持箱体内部的气密。在向箱体8内部通气后，由于不能排气而产生一定
的压力，以保持箱体内部微小的正气压，进一步避免外部气体对箱体内部环境的干扰。在通入高压空气进行快速冲洗的过程中，可以打开排气电磁阀，将箱体内的气体快速排出箱体之外。
[0053]
根据本公开实施例，在关闭箱门后，箱体内部保持密闭，能维持内部的微小正气压，且除观察窗外不透光；箱体内部保持气密，当排气电磁阀关闭时，从进气口11通入气体在箱体内部产生微小正气压，可以防止外部空气从生产制造工艺问题产生的可能缝隙中渗入对内部环境造成污染。
[0054]
图2示出根据本公开实施例的气体控制装置的示意图。
[0055]
如图2所示，所述气体控制装置包括：多种不同成分的气源、混气设备以及气体传感器22。其中，气体传感器22设置于所述箱体8内，用于检测所述箱体8内的气体浓度。
[0056]
根据本公开实施例，所述混气设备包括：
[0057]
与所述气源对应的多条气路；
[0058]
控制器，例如图2所示的主控板18，通过控制所述多条气路的截止阀15和流量控制器16(图中简称为流量计)，控制所述多条气路的气体流量；以及
[0059]
混气罐19，与所述多条气路相连，用于混合气体，并与所述进气口11相连。
[0060]
根据本公开实施例，每条气路可以包括截止阀15、流量控制器16、止回阀17，可以由控制器分别控制每路气体的通断和流量大小，并在混气罐19中将气体混合，通入培养箱的箱体8。箱体8内部的空气循环系统可使内部气体快速混匀。
[0061]
根据本公开实施例，所述气源例如可以包括氧气、二氧化碳、乙烯等与植物生长发育密切相关的气体成分。通过气体传感器22的检测结果反馈控制各通路的气体流速，可以使培养箱内部给定气体的浓度稳定维持在目标值附近。可以控制的气体成分和气体浓度范围，由气体传感器的类型与检测范围决定，并相应调整控制算法的各项参数，并不局限于前述三种气体。
[0062]
原则上，如果待控制的目标浓度高于大气中的正常浓度时，可以通过调整压缩空气与高浓度目标气体的混合比例与流入速度来实现。如果目标浓度低于大气中的正常浓度则可以调整气源的类型。本公开实施例的气源还可以包括氮气气源，用于实现目标浓度低于大气中的正常浓度的场景。例如，对于缺氧环境，例如为了将氧气浓度维持在5％，可以分别控制压缩空气和纯氮气的混合比例与流速，通过氮气将密闭培养箱内的氧气排出以实现低氧条件。又如，为了实现小于400ppm的低二氧化碳浓度，则可以分别控制氮氧混合气和纯二氧化碳的混合比例与流速，通过氮氧混合气将空气中的二氧化碳排出以实现低二氧化碳条件。
[0063]
根据本公开实施例，所述气源包括空气气源，在所述空气气源对应的气路上设置有旁路电磁阀20。当开启旁路电磁阀20时可以将高压的压缩空气直接泵入箱体8，用于快速冲洗，将培养箱内其他气体成分迅速排净。此时应开启排气电磁阀21，使密闭培养箱内的气体通过排气通路排到设备外部。
[0064]
下面以4种有代表性的使用场景：新风、目标浓度高于大气、目标浓度低于大气、快速冲洗恢复至大气浓度为例，对其实现方法进行示例性说明：
[0065]
1、维持培养箱内气体环境稳定不受室内环境干扰
[0066]
a)将空压机或压缩空气钢瓶接入空气通路，输入气压调整为0.2～0.4mpa；
[0067]
b)开启空气路截止阀15和排气口截止阀21，关闭其他各路截止阀15，关闭旁路截止阀20；
[0068]
c)使能空气路流量控制器16，设定流量为5～20l/min。
[0069]
2、待控制的目标浓度高于大气中的正常浓度的实现例：向培养箱施加10ppm乙烯气体处理
[0070]
a)将空压机或压缩空气钢瓶接入空气通路，输入气压调整为0.2～0.4mpa；将约300倍目标浓度的乙烯标准气钢瓶接入乙烯通路(如目标控制浓度为10ppm，使用3000ppm浓度的乙烯标准气，以氮气或空气为载气)，输入气压调整为0.2～0.4mpa；
[0071]
b)开启空气、乙烯两路的截止阀15和排气口截止阀21，关闭其他各路截止阀，关闭旁路截止阀20；
[0072]
c)使能空气、乙烯两路流量控制器16，设定空气流量为5～20l/min，使用pid(proportion integral differential)算法根据乙烯传感器读数动态设定乙烯流量0～100ml/min；
[0073]
d)乙烯传感器读数达到目标浓度值后，关闭排气口截止阀21，空气流量设为最大不超过1l/min，并使用pid算法根据乙烯传感器读数动态设定空气和乙烯流量。
[0074]
3、待控制的目标浓度低于大气中的正常浓度的实现例：向培养箱施加缺氧条件处理(5％氧气浓度)
[0075]
a)将空压机或压缩空气钢瓶接入空气通路，将氮气钢瓶接入氮气通路，输入气压调整为0.2～0.4mpa；
[0076]
b)开启氮气、空气路的截止阀15和排气口截止阀21，关闭其他各路截止阀15，关闭旁路截止阀20；
[0077]
c)使能氮气、空气路两路流量控制器16，设定流量最高为30l/min，使用pid算法根据氧气传感器读数动态设定氮气和空气的流量；
[0078]
d)氧气传感器读数达到目标浓度值后，关闭排气口截止阀21，并使用pid算法根据氧气传感器读数动态设定空气和氮气流量。
[0079]
4、施加气体处理后快速恢复正常大气水平(撤出气体处理)
[0080]
a)将空压机或压缩空气钢瓶接入空气通路，输入气压调整为0.2～0.4mpa；
[0081]
b)开启空气路的截止阀15，关闭除空气路外的其他各路气路的截止阀15，关闭空气气路的流量控制器16，开启旁路截止阀20和排气口截止阀21，使高压空气直接充入密闭培养箱并将原有气体挤出；
[0082]
c)施加的气体处理对应传感器读数回复至阈值线后，关闭旁路截止阀，使能空气路流量控制器16，设定流量为5～20l/min。
[0083]
以上已经对本公开实施例的培养箱进行了介绍，下面结合图3，介绍本公开实施例的生物样本形态成像设备。
[0084]
图3示出根据本公开实施例的生物样本形态成像设备的示意图。
[0085]
如图3所示，该生物样本形态成像设备包括：
[0086]
如上文各个实施例所描述的培养箱4；
[0087]
生物样本培养模块5，设置于所述培养箱4的内部；
[0088]
成像模块3，用于采集所述生物样本培养模块中培养的植物幼苗的图像。
[0089]
该生物样本形态成像设备由于需要对生物样本持续拍照，并实现极高的光学分辨率，因此需要培养箱4内部的生物样本培养模块5保持较高的稳定性。根据本公开实施例，该生物样本形态成像设备可以包括外壳1和光学隔震平台2，生物样本培养模块5可以穿过培养箱4底部的开孔固定在光学隔震平台2上。
[0090]
根据本公开实施例，生物样本可以是植物样本，尤其是植物幼苗样本。本公开实施例提供的生物样本形态成像设备，可以是植物幼苗成像设备，用于植物幼苗的生长状态的分析。生物样本培养模块5可以包括旋转支架，旋转支架上可安装培养皿架，用于容纳培养皿。培养箱4可以灵活调整植物幼苗生长的环境，包括温度、气体成分浓度等，满足了多种实验条件变量的控制需求。培养箱4侧壁的观察窗可以使培养箱外部的成像模块3采集培养箱4内部的植物幼苗的图像数据，用于研究植物幼苗生长的变化。
[0091]
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。