本发明涉及一种对船舶压载水中的微藻进行活性判别的技术领域，具体而言，尤其涉及基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测装置与方法。
背景技术：
船舶压载水指为控制船舶横倾、纵倾、吃水、稳性或应力而加载到船上的水及悬浮物质。船舶压载水中含大量的生物，包括浮游生物、微生物、细菌，这些外来物种会迅速适应环境扩大种群，从而对环境造成了危害。船舶压载水的排放造成了理性隔离水体间海洋生物和病原体传播的主要途径，船舶压载水日益严重的破坏着海洋生物链。随着国际航运产业不断壮大，以及人们对海洋环境保护意识的不断增强，船舶压载水的排放所带来的外来海洋生物入侵问题引起了社会各界的广泛关注。认识到船舶压载水中有害水生物和病原体的跨区域转移已经对全球海洋生态环境造成了不可忽视的影响，全球环境基金组织(gef)已经将其列为危害海洋的四大威胁之一。为防止压载水中外来生物的入侵，国际海事组织于2004年召开的国际船舶压载水管理大会通过了《国际船舶压载水及其沉积物控制和管理公约》以下简称压载水公约,其中对于公约生效的条款规定为占世界商船吨位35％的30个国家批准的12个月之后生效。
随压载水传播的外来物种中微藻类浮游植物占有非常大的比例，微藻入侵已经在世界范围内造成了巨大的经济和环境损失。近年来世界各地饱受赤潮藻的危害，赤潮藻大部分有毒而且容易造成鸟类及鱼类的死亡，给环境和经济带来极大的危害，所以压载水中藻细胞的活性检测就变得极其重要。
目前藻细胞活性检测的方法有光学显微镜法、流式细胞仪计数法、染料荧光显微镜计数法、分子及生化方法等。光学显微镜法通过专业技术人员观察微藻细胞的形态来区分藻细胞，并通过藻细胞的染色来判断藻细胞活性。显微镜价格昂贵，体积大，不易操作，不适合微藻细胞的快速检测。流式细胞仪法需要用荧光染料标记微藻并将其制成悬液，通过测量藻细胞的荧光信号与散射信号来判断微藻细胞的活性，这种方法具有效率高、准确的优点，但是商用流式细胞仪价格昂贵、体积庞大、样品处理繁琐，操作复杂。
技术实现要素：
根据上述提出现有船舶压载水中微藻活性检测方法不适合现场的快速检测，具有体积大、价格昂贵、不易操作等缺点，船舶压载水中微藻活性检测方法与装置仍然是急需解决的技术问题，而提供一种基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测装置与方法。
本发明采用的技术手段如下：
基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测装置，其特征在于，包括：依次连接的光源组件、通光孔组件、光传播组件、微流控芯片、图像采集组件、图像处理组件；
所述光源组件包括电源供电器件、光源固定结构以及与所述通光孔组件紧密贴合的发光二极管，所述发光二极管发出的光束经所述通光孔组件变成球面波，并经过所述光传播组件照射所述微流控芯片并由图像采集组件成像，得到微藻细胞的全息图；
所述微流控芯片包括聚二甲基硅氧烷片和载玻片，所述聚二甲基硅氧烷片依次凹刻有检测区域，所述检测区域两端对称连接第一聚焦通道和第二聚焦通道，所述第一聚焦通道的另一端宽度渐增直至等宽连接于第一通道一端，所述第一通道另一端设有进液孔，所述第二聚焦通道另一端宽度渐增直至等宽连接于第二通道一端，所述第二通道另一端设有废液孔；
工作时，所述图像采集组件采集微流控芯片检测区域在光束作用下生成的全息图样，所述全息图样被送至与所述图像采集组件相连接的图像处理组件进行图像分析，得到微藻细胞形成的全息图像的总灰度值与微藻细胞形成的全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值的比值。
进一步地，所述微流控芯片与所述图像采集组件的距离远远小于光传播组件到微流控芯片的距离。
进一步地，所述发光二极管发出的光束为部分相干光。
进一步地，所述总灰度值代表全息图像的亮度信息，通过微藻细胞形成的全息图像的总灰度值与全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值的比值来判断微藻的活性。
本发明还提供了基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测方法，包括如下步骤：
步骤s1：滴加样液，将微藻细胞样液加入到微流控芯片的进液孔中；液体样本在自身张力的作用下沿着第一通道经过第一聚焦通道流向检测通道，多余液体样品流入废液孔中；
步骤s2：启动装置，打开发光二极管的开关，将图像采集组件与图像处理组件相连；
步骤s3：发光二极管发出的部分相干光经过通光孔组件变成球面波，经过光传播组件照射在微流控芯片检测区域的样品上形成全息图像并由图像采集组件采集；
步骤s4：图像采集组件采集的全息图样经数据线传输至图像处理组件中；
步骤s5：根据全息图样中的微藻细胞图样特征判断微藻细胞活性。
进一步地，所述全息图样中的微藻细胞图样特征为微藻细胞形成的全息图像的总灰度值与全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值的比值。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测方法适合现场的快速检测，基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测装置具有体积小、价格低廉、易操作的特点，对于环境科学领域具有重要的科学意义和现实价值。
基于上述理由本发明可在对船舶压载水中的微藻进行活性判别等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为船舶压载水中微藻活性检测装置结构示意图；
图2为本发明微流控芯片结构示意图；
图3为本装置进行微藻活性检测方法步骤流程图。
图中：1、光源组件；2、通光孔组件；3、光传播组件；4、微流控芯片；5、图像采集组件；6、图像处理组件；7、聚二甲基硅氧烷片；8、载玻片；9、第一通道；10、第一聚焦通道；11、检测通道；12、第二聚焦通道；13、第二通道；a、进液孔；b、废液孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
由于活性不同的微藻细胞形成的全息图像不同，其形成的全息图样特征不同，根据上述原理本发明涉及了基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测方法与装置，下面结合附图对本发明作进一步地说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种基于全息条纹总灰度值与灰度差比值的细胞活性检测装置，包括：依次连接的光源组件1、通光孔组件2、光传播组件3、微流控芯片4、图像采集组件5、图像处理组件6。光源组件1包括电源供电器件、光源固定结构以及与所述通光孔组件2紧密贴合的发光二极管，发光二极管发出的部分相干光经通光孔组件2变成球面波，并经过光传播组件3照射到微流控芯片4上并由图像采集组件5成像，得到藻细胞的全息图。图像采集组件5采集微流控芯片4检测区域在光束作用下生成的全息图样，此全息图样被送至与图像采集组件5相连接的图像处理组件6进行图像分析，得到微藻形成的全息图像的总灰度值和全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值。总灰度值代表全息图像的亮度信息，通过微藻形成的全息图像的总灰度值与全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值的比值来判断微藻的活性。光源组件中发光二极管发出部分相干光可以有效降低噪声。微流控芯片4与图像采集组件5的距离远远小于光传播组件3到微流控芯片4的距离，使得采集到的微藻细胞的全息图视场比显微镜的视场大很多。
如图2所示，微流控芯片4包括聚二甲基硅氧烷片7和载玻片8，聚二甲基硅氧烷片)依次凹刻有检测区域11，检测区域11两端对称连接第一聚焦通道10和第二聚焦通道12，第一聚焦通道10的另一端宽度渐增直至等宽连接于第一通道9，所述第一通道另一端设有进液孔，第二聚焦通道12另一端宽度渐增直至等宽连接于第二通道1一端，第二通道13另一端设有废液孔；
本发明装置在使用时，首先将微藻细胞样品放在微流控芯片上，将微流控芯片置于载物台，发光二极管发出的部分相干光经过通光孔和光传播组件照射在放置于载物台上的样品上形成的衍射图像并由图像采集组件采集。该装置选用发光二极管作为光源，光源组件中发光二极管发出的光为部分相干光，可以有效的抑制相干散斑噪声和干扰。光源组件中的led光源发出的部分相干光通过通光孔组件中的通光孔后发散成一束球面波，发散形成的球面波经过合适传播距离传播到样品面。该装置利用穿过样品的支透光作为参考光，无需另外引入参考光。样品与图像采集组件中电荷耦合元件(cmos)的距离非常近，距离在几毫米左右，部分相干光照射在样品上形成的的全息图样由图像采集组件采集，最后将采集到的全息图像由图像处理组件进行处理。
活性不同的微藻细胞形成的全息图像不同，通过判断全息图的一些特征来辨别微藻细胞的活性情况。
微藻细胞形成的全息图中最中心的亮斑和亮斑外圈的暗环灰度值有差异，通过分析微藻细胞形成的全息图像的总灰度值与全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值的比值对微藻的活性进行判断。
实施例2
在实施例1的基础上，如图3所示，本发明还提供了基于上述装置的微藻活性检测方法，其特征在于：其包括如下步骤：
步骤s1：滴加样液，将微藻细胞样液加入到微流控芯片的进液孔中；液体样本在自身张力的作用下沿着第一通道经过第一聚焦通道流向检测通道，多余液体样品流入废液孔中；
步骤s2：启动装置，打开发光二极管的开关，将图像采集组件与图像处理组件相连；
步骤s3：发光二极管发出的部分相干光经过通光孔组件变成球面波，经过光传播组件照射在微流控芯片检测区域的样品上形成全息图像并由图像采集组件采集；
步骤s4：图像采集组件采集的全息图样经数据线传输至图像处理组件中；
步骤s5：根据全息图样中的微藻细胞图样特征判断微藻细胞活性；全息图样中的微藻细胞图样特征为微藻细胞形成的全息图像的总灰度值与全息图像中最中心的亮斑和所述亮斑外圈的暗环灰度值差值的比值。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。