專利名稱：無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種血細(xì)胞檢測(cè)和計(jì)數(shù)技術(shù)，包括血細(xì)胞檢測(cè)和計(jì)數(shù)裝置和方法。
背景技術(shù)：
在發(fā)展中國家，對(duì)簡(jiǎn)單低成本的一次性的用于HIV檢測(cè)的診斷工具具有巨大需求。每毫升血液包含的T淋巴細(xì)胞亞群⑶4+數(shù)目小于200被臨床診斷為AID，這ー技術(shù)面臨很大挑戰(zhàn)，其要求同時(shí)監(jiān)測(cè)或計(jì)數(shù)成千上萬的微目標(biāo)。使用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)，從全部血液中計(jì)數(shù)CD4淋巴細(xì)胞面臨2個(gè)主要的問題以大的呑吐量在整個(gè)血液中獲取細(xì)胞，以及快速計(jì)數(shù)獲取的細(xì)胞。常用的大尺度的射流方法需要預(yù)處理，熒光標(biāo)記過程耗時(shí)。另外，計(jì)數(shù)過程用熒光顯微鏡下在機(jī)械過濾器中多個(gè)位置獲取圖像，多個(gè)位置的計(jì)數(shù)平均為最后的計(jì)數(shù)值。這基于標(biāo)記的細(xì)胞計(jì)數(shù)方法不適合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。常用的無標(biāo)記的CD4細(xì)胞監(jiān)測(cè)技術(shù)采用表面化學(xué)技術(shù)的微流通道捕獲細(xì)胞，其計(jì)數(shù)仍然在常規(guī)的顯微鏡下實(shí)行，很耗吋。例如，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810179322. I、名稱為“血細(xì)胞分析儀及分析方法”的公開文件中就記載了ー種需要用到顯微鏡的細(xì)胞分析計(jì)數(shù)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其具有無透鏡的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，且視野廣，可實(shí)現(xiàn)小型化。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置的方法，該方法易于操作，且觀察細(xì)胞的視野廣，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)成千上萬個(gè)不同濃度的細(xì)胞。為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，包括用于放置樣本的載玻片和置于載玻片之上的蓋玻片，以及在所述載玻片的下方設(shè)有CXD芯片或CMOS芯片(感光芯片)，在所述蓋玻片上方設(shè)有光源；
在光源與蓋玻片之間設(shè)有小孔裝置，小孔裝置上有小孔，小孔設(shè)在光源的出光路線上。優(yōu)選地所述小孔的直徑為8(Γ120微米。所述光源位于所述蓋玻片的正上方，光源發(fā)出的光穿過小孔能夠垂直入射在蓋玻片上。垂直入射是為了減弱玻片的折射帶來的不良影響。優(yōu)選地所述CXD芯片或CMOS芯片包括感光面，所述載玻片與所述感光面的距離為4飛厘米，例如為5cm。感光面的面積大于所述載玻片的面積投影在其上的陰影面積。大的感光面可以充分捕捉到載玻片上的每個(gè)細(xì)節(jié)，避免遺漏和誤差，提高效果。在不采用小孔的技術(shù)方案中，如果使用CCD數(shù)碼相機(jī)拍攝，由于數(shù)碼相機(jī)存在鏡頭，該鏡頭會(huì)使載玻片上影像與數(shù)碼相機(jī)上的CXD芯片或CMOS芯片隔離，這樣就會(huì)發(fā)生不清楚的情況，如果在數(shù)碼相機(jī)與載玻片之間設(shè)置一個(gè)物鏡，可以起到放大載玻片上細(xì)節(jié)的作用，此時(shí)，載玻片與數(shù)碼相機(jī)上的CXD相距很大。事實(shí)上，使CXD芯片或CMOS芯片直接面對(duì)載玻片，而不使用物鏡，如果CCD芯片或CMOS芯片與載玻片相距太大，會(huì)造成影響不清楚。這個(gè)距離的遠(yuǎn)近，取決于CXD的精度。所以一般情況下，保持C⑶芯片或CMOS芯片的感光面與載玻片的底面貼合在一起。而本發(fā)明采用了小孔衍射技術(shù)，在衍射光在穿過載玻片后，鑒于成像的清晰度，需要將CXD或CMOS芯片放置在載玻片下方的一定距離的位置上，例如上述5cm。所述CXD芯片或CMOS芯片與所述載玻片平行設(shè)置。如果CXD芯片或CMOS芯片與載玻片不是平行的，會(huì)導(dǎo)致較大誤差。優(yōu)選地所述載玻片和蓋玻片的厚度為10(Γ150微米。兩個(gè)玻片的厚度對(duì)光的透射有一定的影響，它們會(huì)產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象。為了避免這種干擾，玻片的厚度不宣太厚， 但是過薄的玻片易碎，成本高。優(yōu)選地所述光源為單色相干光源。優(yōu)選地所述相干光源的波長(zhǎng)范圍為35(Γ1000納米。優(yōu)選地所述樣本為直徑為I微米以及以上的細(xì)胞。這個(gè)細(xì)胞為血細(xì)胞。優(yōu)選地所述載玻片為圓片。一般的玻片為方形的，所用到的玻片的形狀并不受到限定。對(duì)于本發(fā)明的改進(jìn)，所述CXD芯片或CMOS芯片包括感光面，在所述載玻片與所述CXD芯片或CMOS芯片之間有ー層透明體，該透明體的面積不小于所述感光面。所述透明體為薄膜或硬質(zhì)石英薄片，也可以采用藍(lán)寶石襯底，例如，對(duì)人造2英寸藍(lán)寶石襯底切割后的薄片，藍(lán)寶石襯底相比石英，具有較好的硬度支撐，不易碎。這樣的設(shè)置，為避免血液樣本流入CXD芯片或CMOS芯片上。一般血液樣本不會(huì)溢出玻片外面，但是由于血液濃度不定，有些較稀的血液會(huì)在兩個(gè)玻片壓緊的過程中溢出，或者在光源點(diǎn)亮后，血液發(fā)生熱膨脹，導(dǎo)致從玻片中溢出。血液樣本溢出會(huì)污染CCD或CMOS感光面。一般除污布不能很好清除這種污染，這種污染輕則導(dǎo)致CXD或CMOS靈敏度下降，重則浸入芯片內(nèi)部損壞芯片。如果清理這些污物需要時(shí)間，導(dǎo)致設(shè)備使用效率下降。位于載玻片與CXD或CMOS之間的透明體，例如薄膜，可以阻止這種現(xiàn)象發(fā)生，如果有血液溢出，透明體可以承接這種溢出物，進(jìn)而保護(hù)了 CXD或CM0S，保證了操作高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行。透明體一般放置在CXD或CMOS芯片上，包覆CCD或CMOS芯片的表面。對(duì)于類似上述的CXD芯片或CMOS芯片保護(hù)結(jié)構(gòu)，還有另外ー種結(jié)構(gòu)在所述載玻片的四周側(cè)邊的外緣設(shè)有吸水材料物。所述吸水材料物粘在膠帶上，膠帶粘在所述載玻片的四周側(cè)邊的側(cè)壁上。當(dāng)血液從玻片中溢出的時(shí)候，吸水材料物吸附這些溢出液體。吸水材料物為吸水材料粘在粘膠帶上制成的帯狀物，吸水材料可以是竹炭粉這樣疏松多孔的物質(zhì)，或密度較大的纖維材料，也可以是ー些吸水晶體材料，例如一些礬類物質(zhì)。這些帶狀物粘在玻片四周，在發(fā)生側(cè)漏后，扯下這些帶狀物即可。為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的方法，其包括
將血細(xì)胞樣本置于載玻片與蓋玻片之間，壓好，調(diào)整光源在蓋玻片的上方，并且調(diào)整CXD芯片或CMOS芯片在載玻片的下方位置；
開啟光源，使光源發(fā)出的光穿過小孔，并垂直入射到蓋玻片上，位于載玻片下方的(XD芯片或CMOS芯片記錄光通過血細(xì)胞樣本后的干涉成像，并輸出記錄信息。調(diào)整CXD芯片或CMOS芯片在載玻片的下方位置可以采用用真空筆將夾有樣本的兩個(gè)玻片置于CXD或CMOS芯片的上方。
優(yōu)選地，在所述載玻片與所述CXD芯片或CMOS芯片之間設(shè)置ー層面積不小于所述感光面的透明體。透明體如果貼附在載玻片的背面，在壓好前或后，均完成貼附透明體操作。透明體如果貼附在CCD或CMOS的感光面上，則應(yīng)該在載玻片與感光面距離定位之前完成。另外，如果在所述載玻片的四周側(cè)邊的外緣設(shè)吸水材料物。則這個(gè)操作可以在壓片之前完成，即將粘膠帶粘在載玻片的側(cè)面；或者在壓片之后完成，即在載玻片與感光面距離定位完成后，在它們側(cè)壁環(huán)繞粘ー圈。用完后扯下粘帶即可。本發(fā)明的有益效果
與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明提供一種無透鏡的基于全息衍射成像的大視野的細(xì)胞監(jiān)測(cè)技術(shù)方案，其記錄每個(gè)細(xì)胞在光電傳感器陣列(即指C⑶芯片或CMOS芯片)上的陰影圖像。這種無透鏡的光學(xué)方法數(shù)倍(一般為2倍)地増加了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的視野，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成千上萬個(gè)不同濃度的細(xì)胞。本發(fā)明的裝置不需要透鏡即可對(duì)大視場(chǎng)的大量細(xì)胞監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)。本發(fā)明技術(shù)方案設(shè)計(jì)合理、制作簡(jiǎn)單、成本低廉、易于操作，其無需透鏡，可實(shí)現(xiàn)小型化。


圖I是發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，包括用于放置樣本的載玻片和置于載玻片之上的蓋玻片，在所述載玻片的下方設(shè)有C⑶芯片或CMOS芯片，在所述蓋玻片上方設(shè)有光源；在光源與蓋玻片之間設(shè)有小孔裝置，小孔裝置上有小孔，小孔設(shè)在光源的出光路線上。在一個(gè)實(shí)施方式中所述光源位于所述蓋玻片的正上方，光源發(fā)出的光能夠垂直入射在蓋玻片上。在一個(gè)實(shí)施方式中所述CXD芯片或CMOS芯片包括感光面，載玻片與感光面的距離為4 6厘米。在一個(gè)實(shí)施方式中所述CXD芯片或CMOS芯片與所述載玻片平行設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施方式中所述小孔的直徑為8(Γ120微米。在一個(gè)實(shí)施方式中所述載玻片和蓋玻片的厚度為10(Γ150微米。在一個(gè)實(shí)施方式中所述光源為單色相干光源。所述相干光源的波長(zhǎng)范圍為350 1000納米。在一個(gè)實(shí)施方式中所述樣本為直徑為I微米以及以上的細(xì)胞。這個(gè)細(xì)胞為血細(xì)胞。在一個(gè)實(shí)施方式中所述載玻片為圓片或方片。
在一個(gè)實(shí)施方式中所述C⑶芯片或CMOS芯片包括感光面，在所述載玻片與所述CXD芯片或CMOS芯片之間有ー層透明體，該透明體的面積不小于所述感光面。所述透明體為薄膜或硬質(zhì)石英薄片。在一個(gè)實(shí)施方式中對(duì)于類似上述的CXD芯片或CMOS芯片保護(hù)結(jié)構(gòu)，還有另外ー種結(jié)構(gòu)在所述載玻片的四周側(cè)邊的外緣設(shè)有吸水材料物。所述吸水材料物粘在膠帶上，膠帶粘在所述載玻片的四周側(cè)邊的側(cè)壁上。本發(fā)明的無透 鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的方法，其包括將血細(xì)胞樣本置于載玻片與蓋玻片之間，壓好，調(diào)整光源在蓋玻片的上方，并且調(diào)整CXD芯片或CMOS芯片在載玻片的下方位置；開啟光源，使光源發(fā)出的光穿過小孔，并垂直入射到蓋玻片上，位于載玻片下方的CCD芯片或CMOS芯片記錄光通過血細(xì)胞樣本后的細(xì)胞陰影成像，并輸出記錄信
O在一個(gè)實(shí)施方式中在所述載玻片與所述(XD芯片或CMOS芯片之間設(shè)置ー層面積不小于所述感光面的透明體。透明體如果貼附在載玻片的背面，在壓好前或后，均完成貼附透明體操作。透明體如果貼附在CCD或CMOS的感光面上，則應(yīng)該在載玻片與感光面距離定位之前完成。另外，如果在所述載玻片的四周側(cè)邊的外緣設(shè)吸水材料物。則這個(gè)操作可以在壓片之如完成，即將粘I父帶粘在載玻片的側(cè)面；或者在壓片之后完成，即在載玻片與感光面距離定位完成后，在它們側(cè)壁環(huán)繞粘一圏。用完后扯下粘帶即可。以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限制于以下實(shí)施例，任何邏輯變體技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。該無透鏡的基于全息成像的細(xì)胞分析計(jì)數(shù)裝置，其記錄每個(gè)細(xì)胞在光電傳感器陣列上的散射光與直接從光源發(fā)出的非散射光干渉信息。該裝置包括光源I、小孔裝置7及其上的小孔2、上層玻片(即蓋玻片)3、血細(xì)胞樣本4、下層玻片(載玻片)5以及(XD/CM0S芯片6等部件組成。用真空筆將夾有血細(xì)胞樣本4夾在上層玻片3和下層玻片5之間，下層玻片5置于(XD/CM0S芯片6的成像平面的上方，與成像平面平行，光源I置于上層玻片3的正上方，方向與上層玻片3垂直。小孔2置于光源I與上層玻片3之間。光源I通過小孔2從上層玻片3的上方垂直入射。下層玻片5與CXD芯片6的成像平面的距離保持5厘米左右。上層玻片3與下層玻片5的厚度為100-150微米。微細(xì)胞樣本的直徑在I微米以上，細(xì)胞(在磷酸鹽緩沖液中)被放置在兩個(gè)玻片(顯微鏡片)之間，液體體積為10-100微升。光源I采用單色相干光源，波長(zhǎng)范圍為350-1000納米。每個(gè)細(xì)胞的散射光與光源發(fā)出的光干涉模式落在成像陣列上。小孔2的直徑為100微米。成像陣列獲取的圖像在計(jì)算機(jī)上通過模式識(shí)別與圖像處理算法實(shí)現(xiàn)分析。提取的目標(biāo)圖像與已知庫比較，計(jì)數(shù)其相關(guān)性，得到當(dāng)前樣本的統(tǒng)計(jì)信息。本發(fā)明是不需要透鏡即可對(duì)血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)，其采用光電傳感器陣列記錄成像平面上的細(xì)胞全息衍射成像，其不需要任何機(jī)械掃描和光學(xué)元件、如顯微鏡目鏡或鏡頭。本發(fā)明提出的方法采用ー個(gè)小孔，控制照明源的空間相干性，在高分辨率的成像陣列上記錄芯片上每個(gè)細(xì)胞的全息衍射模式，即細(xì)胞的散射光與直接從光源發(fā)出的非散射光干渉信息，不需要透鏡和其他光學(xué)設(shè)備對(duì)細(xì)胞并行成像。與小型化的流式細(xì)胞術(shù)比較，本方法不涉及流體，在0. 3秒內(nèi)并行捕捉芯片上細(xì)胞的全息衍射信息，通過數(shù)字處理全息衍射信號(hào)。
與在線全息顯微鏡系統(tǒng)比較，本方法基于簡(jiǎn)單的光學(xué)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的數(shù)字處理，不采用透鏡。與其他不同的非全息的無透鏡成像方法，本方法用于計(jì)數(shù)而不是成像，本方法是通過成像計(jì)數(shù)，不涉及流運(yùn)動(dòng)，所以可以檢測(cè)大的視場(chǎng)。與基于非相干光照明的陰影成像檢測(cè)計(jì)數(shù)技術(shù)比較，本方法用空間相干的単色光記錄全息衍射模式，而不是采用白光記錄傳統(tǒng)的衍射模式，本方法可以采用更大的樣本體積10-100微升，而傳統(tǒng)衍射方法限制為每秒小于O. I微升。本方法記錄的全息衍射模式在細(xì)胞類有更均勻的強(qiáng)度，不同細(xì)胞間有更顯著地差別。本發(fā)明可以在線分析計(jì)數(shù)血細(xì)胞，為相關(guān)診斷提供依據(jù)，由光源、小孔、玻片、CCD/CMOS芯片和其外圍驅(qū)動(dòng)電路組成。與常用的基于流的血細(xì)胞計(jì)數(shù)裝置比較，本發(fā)明中的全 息成像裝置通過記錄空間相干的単色照明下樣本在成像整列上的全息衍射模式，不通過透鏡直接成像，大大減少了檢查裝置的體積和復(fù)雜程度。具有小型化、便攜式、低成本的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，包括用于放置樣本的載玻片和置于載玻片之上的蓋玻片，其特征在于 在所述載玻片的下方設(shè)有CCD芯片或CMOS芯片，在所述蓋玻片上方設(shè)有光源； 在光源與蓋玻片之間設(shè)有小孔裝置，小孔裝置上有小孔，小孔設(shè)在光源的出光路線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于所述小孔的直徑為80 120微米； 所述光源位于所述蓋玻片的正上方，光源發(fā)出的光穿過小孔能夠垂直入射在蓋玻片上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于所述CXD芯片或CMOS芯片包括感光面，所述載玻片與所述感光面的距離為4 6厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于所述載玻片和蓋玻片的厚度為100 150微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于所述光源為單色相干光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于所述相干光源的波長(zhǎng)范圍為350 1000納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置，其特征在于所述樣本為直徑為I微米及以上的細(xì)胞。
8.—種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的方法，其包括 將血細(xì)胞樣本置于載玻片與蓋玻片之間，壓好，調(diào)整光源在蓋玻片的上方，并且調(diào)整CXD芯片或CMOS芯片在載玻片的下方位置； 開啟光源，使光源發(fā)出的光穿過小孔，并垂直入射到蓋玻片上，位于載玻片下方的(XD芯片或CMOS芯片記錄光通過血細(xì)胞樣本后的干涉成像，并輸出記錄信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的方法，其特征在于所述載玻片與CXD芯片或CMOS芯片的感光面保持平行且間距為4 6厘米。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的方法，其特征在于所述光源為單色相干光源，所述相干光源的波長(zhǎng)范圍為350 1000納米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無透鏡全息衍射成像血細(xì)胞分析計(jì)數(shù)的裝置及方法，涉及血細(xì)胞檢測(cè)和計(jì)數(shù)技術(shù)。其具有無透鏡的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，且視野廣，可實(shí)現(xiàn)小型化，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)成千上萬個(gè)不同濃度的細(xì)胞。本發(fā)明技術(shù)方案為該裝置包括用于放置樣本的載玻片和置于載玻片之上的蓋玻片，以及在載玻片的下方設(shè)有CCD或CMOS芯片，在蓋玻片上方設(shè)有光源；在光源與蓋玻片之間設(shè)有小孔，小孔設(shè)在光源的出光路線上。該方法包括將血細(xì)胞樣本置于載玻片與蓋玻片之間壓好，調(diào)整光源在蓋玻片的上方，并調(diào)整感光芯片在載玻片的下方位置；使光源發(fā)出的光穿過小孔，并垂直入射到蓋玻片上，位于載玻片下方的CCD或CMOS芯片記錄光通過血細(xì)胞樣本后的干涉成像。
文檔編號(hào)C12M1/34GK102660457SQ20121011202
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者孫開瓊, 王玉, 陳震 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)