一种样品室、调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统的制作方法

本发明属于控温显微镜技术领域，具体涉及一种调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统。

背景技术：

控温显微镜观察是目前显微镜观察领域常用的操作技术，能够使观察样品保持在特定温度以维持其生理活性或物理状态，对需要控温观察的研究领域具有非常重要的应用价值。高倍观察中的显微镜不允许周围有丝毫的机械振动，这就限制了普通降温技术的应用。

冷台是显微镜控温观察使用的辅助设备，一般以液氮为直接或间接制冷材料，通常配备有液氮循环系统，增加了大量的使用成本和维护难度。在使用中，不仅液氮的流动和气化产生的机械振动会影响显微镜的观察精度，而且还容易产生冷凝水，威胁显微镜设备安全。上述的问题在一定程度上限制了控温显微镜技术的应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统，通过对部件结构的合理设置，能量通过主体板通孔内样品放置区，同时多齿结构向样品观察室的空气传导热量/冷量，载玻片、多齿结构和透光镜片组成一个气密性良好的气室，能量均匀的向样品传递，均匀降低/升高样品温度，同时消除了控温过程中的机械振动，且不会产生冷凝水，提高了显微镜高倍观察精度。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：

一种样品室，包括主体板，主体板中部设有通孔，通孔内为样品的放置区；通孔内设有第一温度传感器，主体板靠近通孔外沿至少设有第二温度传感器，第一温度传感器监测通孔内的温度，第二温度传感器监测主体板上的温度；主体板上设有冷控区和热控区，冷控区面积＞热控区面积。

优选的，通孔内壁为多齿结构，多齿结构横截面为矩形，通孔横截面为圆形。

优选的，主体板上方通孔周边区域凹陷，主体板下方通孔周边区域突出；主体板上通孔左右两侧为冷控区，主体板上通孔前侧为热控区。

优选的，主体板上还设有温控单元，温控单元包括设在冷控区上的制冷元件和设在热控区上的制热元件；温控单元外围设有隔热垫，制冷元件上设有散热片。

一种调温载物装置，包括上述样品室，通孔下端设有承载面。

优选的，还包括底座和设在底座上的升降单元，升降单元上设样品室，升降单元承载样品室升降；升降单元包括中部镂空的升降支撑板，样品室放在升降支撑板上；升降支撑板上设有升降杆，升降杆向下延伸。

优选的，底座中部镂空，底座上设有升降装置支架，升降装置支架与升降杆连接、且相对升降运动；底座内部相对边平行设有限位滑轨，限位滑轨上设有载玻片支架，载玻片支架沿限位滑轨限位滑动。

优选的，升降装置支架和升降杆的连接部设有升降调节单元，升降调节单元包括穿入连接部的升降调节轴，升降调节轴端部设升降调节轴旋钮；旋转升降调节轴旋钮带动升降调节轴轴向转动，同时带动升降单元相对底座垂直运动。

一种显微镜控温观测平台，包括显微镜，还包括设在显微镜载物台上的调温载物装置，调温载物装置为权上述的调温载物装置。

一种显微镜控温观测系统，包括权利上述的显微镜控温观测平台，还包括调温控制台，调温控制台包括：温度巡检控制模块，温度巡检控制模块输入端与第一温度传感器和第二温度传感器信号连接，用于样品室内温度监测；控电模块，包括变压模块和继电器模块，变压模块将交流电转变为可调直流电，用于向温控单元供电；继电器模块与温度巡检控制模块信号输出端连接，用于接收温度巡检控制模块的控制信号控制温控单元供电线路的通断；显示模块，与温度巡检控制模块信号显示端连接，用于显示第一温度传感器和第二温度传感器测得的实时温度；存储模块，与温度巡检控制模块信号显示端连接，用于巡检控制模块连接温度信号的记录和存储；通讯模块，与存储模块连接，用于完成温度数据与配对电脑的数据传输通讯。

与现有技术相比，本发明的优点为：

(1)本发明的样品室、调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统，通过对部件结构的合理设置，通孔内腔内可以匀速变温，观察变温过程中样品状态，整体结构简单，操作方便，极大地降低了控温显微观察技术的应用成本。

(2)本发明的样品室、调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统，通过对部件结构的合理设置，相对密闭的通孔内腔，消除了因环境风而导致的样品生理活性或物理状态的改变，同时通过空气向观察样品传导能量，保证了样品内部温度的均一性。

(3)本发明的样品室、调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统，通过对部件结构的合理设置，消除了控温过程中的机械振动，且不会产生冷凝水，提高了显微镜高倍观察精度。

(4)本发明的样品室、调温载物装置、显微镜控温观测平台及系统，通过对部件结构的合理设置，全部采用电子元器件，调温速度快，控温精度高，应用范围广，整体智能化控制，实时记录观察腔温度变化曲线，可查可控。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的显微镜控温观测平台的立体图；

图2为图1中调温载物装置的立体图；

图3为图2中样品室的正向剖面图；

图4为图3中主体板的立体图；

图5为图3中主体板的俯视图；

图6为图3中主体板的仰视图；

图7为图3中散热器的立体图；

图8为图3中隔热垫、主体板、透光镜片、载玻片和温控单元的组合结构示意图；

图9为图3主体板、温控单元和散热片的组合主视图；

图10为图2中底座的立体图；

图11为图2中升降单元的立体图；

图12为图2中底座和升降单元组合的结构示意图；

图13为本发明的显微镜控温系统示意图。

图中各标号表示为：

调温载物装置1；底座1-1；升降装置支架1-11；限位滑轨1-111；c型孔洞1-112；圆形孔洞1-113；载玻片支架1-12；升降单元1-2；升降支撑板1-21；升降杆1-211；升降调节单元1-22；升降调节轴1-221；升降调节轴旋钮1-222；样品室1-3；主体板1-31；冷控区1-31a；热控区1-31b；通孔1-311；多齿结构1-312；测温线凹槽1-313；第一温度传感器1-314a；第二温度传感器1-314b；温控单元1-32；制冷元件1-321；制热元件1-322；隔热垫1-33；透光镜片1-34；载玻片1-35；散热片1-36；显微镜2；载物台2-1、目镜2-2、物镜2-3、光源2-4、滤光器2-5、载物台移动旋钮2-6、物镜升降旋钮2-7；调温控制台3；温度巡检控制模块3-1；显示器3-2；变压模块3-3；继电器模块3-4；处理器芯片3-5；存储模块3-6；通讯模块3-7；散热风扇3-8。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

一种样品室，包括主体板1-31，主体板1-31中部设有通孔1-311，通孔1-311内为样品的放置区；通孔1-311内设有第一温度传感器1-314a，主体板1-31靠近通孔1-311外沿至少设有第二温度传感器1-314b，第一温度传感器1-314a监测通孔1-311内的温度，第二温度传感器1-314b监测主体板1-31上的温度；主体板1-31上设有冷控区1-31a和热控区1-31b，冷控区1-31a面积＞热控区1-31b面积；

其作用为：主体板1-31用作整个样品室的支撑，通孔1-311内的样品放置区用于样品的放置和观察；

第一温度传感器1-314a和第二温度传感器1-314b能够实时读取通孔1-311内空气和主体板1-31上的温度，保证温控的精确性；

主体板1-31整体为导热系数高的材料，冷控区1-31a和热控区1-31b的能量通过主体板1-31传导、最终通过空气向样品传导，保证了样品放置区内温度的变化更加迅速平滑，保证了样品内部温度的均一性；由于单位面积内制冷效率低于制热效率，冷控区1-31a＞热控区1-31b，保证了整体装置的制冷效率和制热效率相对平衡。

具体的，通孔1-311内壁为多齿结构1-312，多齿结构1-312横截面为矩形，通孔1-311横截面为圆形；其作用为：通孔1-311内壁为多齿结构增大了主体板1-31与通孔1-311内空气的接触面积，使得主体板1-31与样品放置区间的能量传输更加迅速；通孔1-311横截面为圆形，保证放置在样品放置区中间的样品与通孔1-311侧壁的距离均等、受热/受冷均匀。

具体的，主体板1-31上方通孔1-311周边区域凹陷，主体板1-31下方通孔1-311周边区域突出；其作用为：上方凹陷区域可放置盖片，使得盖片稳固的卡设在通孔1-311上开口；下方突出区域可设承载面，使得通孔1-311下开口与承载面相对贴合，保证通孔1-311内的空间相对密闭，消除了因环境风而导致的样品水分快速散失，提高显微观察试验精度；

主体板1-31上通孔1-311左右两侧为冷控区1-31a，主体板1-31上通孔1-311前侧为热控区1-31a。

具体的，主体板1-31上还设有温控单元1-32，温控单元1-32包括设在冷控区1-31b上的制冷元件1-321和设在热控区1-31b上的制热元件1-322；其作用为：制冷元件1-321和制热元件1-322用于所在冷控区1-31a和热控区1-31b的制冷/制热，通过制冷元件1-321和制热元件1-322的制冷/制热调节通孔1-311内腔内的温度；同时制冷元件1-321和制热元件1-322可选用半导体制冷/制热片，其在制冷/制热过程中反应迅速且不会产生振动，使显微镜在高倍显微观察过程中更加平稳，不会产生图像抖动和偏移；

温控单元1-32外围设有隔热垫1-33，制冷元件1-321上设有散热片1-36；其作用为：由于制冷元件1-321在工作时底面温度降低、上表面温度升高，散热片1-36可以将制冷元件1-321工作时产生的热量迅速传导至空气中，保障制冷元件1-321的制冷效率；隔热垫1-33用于减少主体板1-31和散热片1-36间的热量交换，降低能量的损耗。

优选的，主体板1-31裸露在空气表面部分喷涂隔热涂层，降低能量的损耗。

一种调温载物装置，包括上述的样品室，通孔1-311下端设有承载面；还包括底座1-1和设在底座1-1上的升降单元1-2，升降单元1-2上设样品室1-3，升降单元1-2承载样品室1-3升降；其作用为：承载面用于放置样品；底座1-1支撑升降单元1-2带动样品室1-3升起时，承载面被打开，此时执行上样/取样操作，操作完成后降下样品室1-3，承载面与通孔1-311下端封闭；

升降单元1-2包括中部镂空的升降支撑板1-21，样品室1-3放在升降支撑板1-21上；升降支撑板1-21上设有升降杆1-211，升降杆1-211向下延伸；其作用为：升降支撑板1-21用于承载样品室1-3，升降支撑板1-21的中部镂空结构使得主体板1-31上通孔1-311的周边区域嵌入其中；优选四根升降杆1-211能够保障升降支撑板1-21始终维持水平姿态。

具体的，底座1-1中部镂空，底座1-1上设有升降装置支架1-11，升降装置支架1-11与升降杆1-211连接、且相对升降运动；底座1-1内部相对边平行设有限位滑轨1-111，限位滑轨1-111上设有载玻片支架1-12，载玻片支架1-12沿限位滑轨1-111限位滑动；其作用为：载玻片支架1-12通过限位滑轨1-111限位滑动可以适配不同规格的载玻片1-35，载玻片1-35作为承载面放置样品；升降装置支架1-11与升降杆1-211连接、且相对升降运动，带动样品室1-3的升降，同时控制载玻片1-35与通孔1-311下端打开/关闭。

具体的，升降装置支架1-11和升降杆1-211的连接部设有升降调节单元1-22，升降调节单元1-22包括穿入连接部的升降调节轴1-221，升降调节轴1-221端部设升降调节轴旋钮1-222；旋转升降调节轴旋钮1-222带动升降调节轴1-221轴向转动，同时带动升降单元1-2相对底座1-1垂直运动；其作用为：升降调节单元1-22通过升降调节轴旋钮1-222和升降调节轴1-221的控制能够带动升降单元1-2上升/下降，且具有阻尼功能、能控制升降单元1-2悬停在任意高度，方便操作。

一种显微镜控温观测平台，包括显微镜2，还包括设在显微镜2载物台2-1上的调温载物装置1，调温载物装置1为上述的调温载物装置。其作用为：将调温载物装置1安装在显微镜2载物台2-1上，整体结构简单，操作方便，极大地降低了控温显微观察技术的应用成本。

一种显微镜控温观测系统，包括上述的显微镜控温观测平台，还包括调温控制台3，调温控制台3包括：

温度巡检控制模块，温度巡检控制模块，温度巡检控制模块输入端与第一温度传感器1-314a和第二温度传感器1-314b信号连接，用于样品室1-3内温度监测；

控电模块，包括变压模块和继电器模块，变压模块将交流电转变为可调直流电，用于向温控单元1-32供电；继电器模块与温度巡检控制模块信号输出端连接，用于接收温度巡检控制模块的控制信号控制温控单元1-32供电线路的通断；

显示模块，与温度巡检控制模块信号显示端连接，用于显示第一温度传感器1-314a和第二温度传感器1-314b测得的实时温度；

存储模块，与温度巡检控制模块信号显示端连接，用于巡检控制模块连接温度信号的记录和存储；

通讯模块，与上述存储模块连接，用于完成温度数据与配对电脑的数据传输通讯。

实施例

将调温载物装置1安装在显微载物台2-1上，使用通信线缆使其与调温控制台3和电子计算机连接。

打开显微镜和调温控制台3，预热系统。

通孔1-311上开口凹陷区域放置透光镜片1-34，旋转升降调节轴旋钮1-222，升起样品室1-3，使用镊子调节载玻片支架1-12以恰当安放载玻片1-35，降下样品室1-3，使得通孔1-311内腔呈一个相对密闭的空间。

第一温度传感器1-314a和第二温度传感器1-314b检测通孔1-311内腔和主体板1-31上的温度，具体的第一温度传感器1-314a和第二温度传感器1-314b优选热电偶测温线，具体型号为美国omega热电偶线tt-t-24-sle，热电偶测温线嵌入通孔1-311外沿的测温线凹槽1-313内，并通过一根数据信号线连接在调温控制台3中的温度巡检控制模块上，信号线两端接口为航空插头，信号线具体型号为gx16-8。调温控制台3设置初始温度、终止温度和变温速度，调温控制台3实时显示当前温度，待达到目标初始温度后继续平衡2分钟。

旋转升降调节轴旋钮1-222，升起样品室1-3，使用工具将样品加在载玻片1-35上，加盖圆形盖玻片。降下样品室1-3后平衡2分钟，调节显微镜，使样品图像清晰的出现在视野中心，启动变温进程即可进行显微观察。

系统会按照设定好的程序匀速变温，直至终止温度后保持恒温，变温时间曲线存储在调温控制台中，可用于变温状态温度时间刻画。

观察结束后，旋转升降调节轴旋钮1-222，升起样品室1-3，取出载玻片1-35，即可进行下一个样品的变温观测。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。