培养皿架固定支架、培养箱及生物样本形态成像设备

技术领域

本公开涉及生物样本检测技术领域，具体涉及培养皿架固定支架、培养箱及生物样本形态成像设备。

背景技术

在传统的生物学研究中，受实验手段所限通常只能研究生物在某一个时间截面时的静止状态，反映的是该时间点以前全部生物学动态过程的累积效应。然而生物的生长发育是一系列时间—空间特异的过程的组合，只有观察动态变化过程才能更加全面地认识生物生长发育调控的时空特异性。

现有技术中提供了一种装置，该装置需要放置在恒温的黑暗温室内以维持生物生长环境的稳定，并通过控制相机的移动来使相机视野在样品之间切换，以对生物在不同时空特性下的生长发育进行观察。但是，该装置无法实现大规模样品的同时分析，而且只能提供单一的实验环境，无法满足施加正常的培养光源以及无法控制温度、氧气、二氧化碳等生物生长最基本的条件。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种培养皿架固定支架、培养箱及生物样本形态成像设备。

第一方面，本公开实施例提供一种培养皿架固定支架。

具体地，所述培养皿固定支架包括：旋转平台和支架本体，其中，所述支架本体与所述旋转平台固定连接，所述支架本体包括第一支架和第二支架，所述第一支架呈放射状分布，第一支架延伸出所述旋转平台的端部固定有所述第二支架，相邻所述第二支架的空间部分用于固定培养皿架。

可选地，所述培养皿架固定支架还包括：

分线板，固定于所述旋转平台的上方；

其中，所述旋转平台内部设置有导电滑环，所述第二支架上设置有用于与所述培养皿架电连接的电气插座接口，连接所述电气插座接口的线缆经由所述分线板后，与所述导电滑环电连接。

可选地，所述旋转平台顶部设置有安装孔，通过所述安装孔固定所述第一支架和所述分线板；所述第一支架固定于所述分线板与所述旋转平台之间；

所述旋转平台还设置中心通孔，连接所述电气插座接口的线缆经由所述分线板后，通过所述中心通孔与所述导电滑环电连接。

可选地，所述安装孔包括：支架安装孔和分线板安装孔；所述支架安装孔和分线板安装孔间隔排布。

可选地，所述支架安装孔至少为2组。

可选地，所述支架安装孔为8组，每组之间夹角呈45°。

可选地，所述导电滑环包括：定子部分和转子部分；所述转子部分固定于所述旋转平台的台面；所述定子部分固定于所述旋转平台的底座上。

可选地，所述旋转平台包括：底座、固定于所述底座的法兰、所述法兰固定的挡片和光电限位开关；

所述光电限位开关固定于所述底座上，高度与所述挡片适配；所述挡片上带有豁口，所述光电限位开关的光信号能够通过所述豁口。

可选地，所述第二支架上还设置有固定件，用于固定所述培养皿架。

可选地，所述培养皿架固定支架还包括：气泵固定板、气泵减震套以及气泵；所述气泵固定板固定于所述分线板的上方，气泵固定板上固定若干所述气泵减震套，所述气泵减震套内设置有所述气泵；所述气泵用于所述培养皿架内外气体交换。

可选地，所述培养皿架固定支架还包括：

液泵，所述液泵用于向所述培养皿架内输送液体。

可选地，所述培养皿架固定支架还包括：电气设备罩，固定于所述第一支架上方；所述电子设备罩上设置有气泵管出口，连接所述气泵的气泵管通过所述气泵管出口与所述培养皿架连通。

可选地，所述培养皿架固定支架还包括：转角加固块，设置在相邻所述第一支架之间，用于加固所述支架本体。

第二方面，本公开实施例提供一种培养箱。

具体地，所述培养箱固定于光学隔震平台，包括：如第一方面任一项所述的培养皿架固定支架和箱体；

所述箱体的底部开设有开孔，所述培养皿架固定支架通过所述开孔固定于所述光学隔震平台；

所述箱体的其中一面侧壁上安装有观察窗，旋转所述培养皿架固定支架，并通过所述观察窗能够观测每个所述培养皿架。

可选地，所述箱体上安装有航空插座面板，用于为所述培养皿架固定支架提供电气连接接口。

可选地，所述培养箱还包括：温度控制设备，用于为所述培养箱提供恒温环境；

所述温度控制设备包括：压缩机，设置在所述培养箱外部。

可选地，所述培养箱还包括：开设于所述箱体上的进气口和排气口，以及位于所述排气口处的电磁阀；

所述进气口用于连通供气组件，所述供气组件用于提供所述培养箱内植物生长的气体环境；所述电磁阀用于控制所述排气口的开合状态。

可选地，所述观察窗双面镀膜，用于增加可见光和红外光的透光率。

可选地，所述观察窗的四周设置有加热件，用于防止观察窗玻璃结霜。

第三方面，本公开实施例还提供一种生物样本形态成像设备。

具体地，所述生物样本形态成像设备包括：如第二方面任一项所述的培养箱和成像装置；所述成像装置用于通过所述观察窗拍摄所述培养皿架内的生物样本形态。

可选地，以所述观察窗所在平面为三维空间中Z轴方向，所述成像装置的拍摄组件能够在三维空间中的X轴、Y轴、Z轴方向移动。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的培养皿架固定支架，可以在第二支架上固定多个培养皿架，在旋转平台的带动下，不同培养皿架可以分别对准固定位置设置的成像装置(比如CCD相机或CMOS相机)，进而能够同时对多个培养皿架内生物样本进行成像分析，提高了样品分析通量。

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

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：

图1示出根据本公开实施例的培养皿架固定支架的主视图；

图2示出根据本公开实施例的培养皿架固定支架固定培养皿的示意图；

图3示出图1去除电气设备罩的示意图；

图4示出根据本公开实施例的培养皿架固定支架的俯视图；

图5示出根据本公开实施例的光电限位开关的位置关系示意图；

图6示出根据本公开实施例的培养箱的结构示意图；

图7示出根据本公开实施例的生物样本形态成像设备的结构示意图。

具体实施方式

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。

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。

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。

现有技术中提供了一种装置，该装置需要放置在恒温的黑暗温室内以维持植物生长环境的稳定，并通过控制相机的移动来使相机视野在样品之间切换，以对生物在不同时空特性下的生长发育进行观察。但是，该装置无法实现大规模样品的同时分析，而且只能提供单一的实验环境，无法满足施加正常的培养光源以及无法控制温度、氧气、二氧化碳等生物生长最基本的条件。

在植物学的基础科学研究中，包括但不限于植物抗环境胁迫(抗高温、抗冻、抗盐、抗缺氧、抗氧化损伤)、光信号通路、光合作用、植物激素信号通路、植物发育生物学、植物育种等方向，均需要研究动态的时空特异性，因此需要与之匹配的实验技术。

为至少部分地解决发明人发现的现有技术中的问题而提出本公开。

如图1-图5所示，本公开实施例提供一种培养皿架固定支架，所述培养皿架固定支架1包括：旋转平台11和支架本体12，其中，所述支架本体12与所述旋转平台11固定连接，所述支架本体12包括第一支架121和第二支架122，所述第一支架121呈放射状分布，第一支架121延伸出所述旋转平台11的端部固定有所述第二支架122，相邻所述第二支架122的空间部分用于固定培养皿架A。

本公开实施例提供的培养皿架固定支架，可以在第二支架上固定多个培养皿架，在旋转平台的带动下，不同培养皿架可以分别对准固定位置设置的成像装置(比如CCD相机或CMOS相机)，进而能够同时对多个培养皿架内生物样本进行成像分析，提高了样品分析通量。

根据本公开的实施例，所述培养皿架固定支架还包括：分线板13，固定于所述旋转平台11的上方，其中，所述旋转平台11内部设置有导电滑环111，所述第二支架122上设置有用于与所述培养皿架电连接的电气插座接口123，连接所述电气插座接口123的线缆经由所述分线板13汇合后，与所述导电滑环111电连接。

在本公开实施例的方式中，培养皿架内可以设置有不同波长和/或光强的光源，作为生物样本的培养光源。电气插座接口123用于与培养皿架内光源电连接，从而为生物样本提供培养的光源条件。电气插座接口123的数量可以与培养皿架的数量对应，便于就近连接电气插座接口123与培养皿架，不同第二支架122上引出的线缆经由分线板13汇合后，与旋转平台11内部的导电滑环111电连接，保证培养皿架在第二支架122旋转带动的过程中，线缆能够跟随培养皿架一并旋转，不会发生线缆的缠绕，并且将电信号可靠地由导电滑环111传导至电气插座接口123。

根据本公开的实施例，所述旋转平台11顶部设置有安装孔112，通过所述安装孔112固定所述第一支架121和所述分线板13。其中，所述第一支架121固定于所述分线板13与所述旋转平台11之间。所述旋转平台11还设置中心通孔113，连接所述电气插座口123的线缆经由所述分线板13汇合后，通过所述中心通孔113与所述导电滑环111电连接。

根据本公开的实施例，所述安装孔112包括：支架安装孔1121和分线板安装孔1122；所述支架安装孔1121和分线板安装孔1122间隔排布。其中，通过所述支架安装孔1121固定所述第一支架121形成放射状分布，将分线板13通过分线板安装孔1122固定于所述旋转平台11的上方，第一支架121从固定分线板13的竖直安装件之间的间隙处向旋转平台11的台面外延伸，形成自由端，在该自由端安装第二支架122。

根据本公开的实施例，所述支架安装孔1121至少为2组，从而形成至少一组相邻的第二支架122，以便于在相邻第二支架122的空间部分固定培养皿架。

根据本公开的实施例，所述支架安装孔1121为8组，每组之间夹角呈45°，从而形成八向主支架，即第二支架122的数量为8个，相邻第二支架122共有8组，用于固定培养皿架。

本领域普通技术人员可以知晓，支架安装孔112可以为其它组数，每组间的夹角也可以为其它角度，从而形成八向之外的其它向数的主支架。本公开对此不做限定。

在本公开实施例的方式中，每组支架安装孔1121可以用于固定一组第一支架121，因此第一支架121以及第二支架122均为8组，相邻第二支架122上固定培养皿架后，对于固定位置的成像设备来说，可以在8个方向旋转，以使每个方向上的培养皿架对准成像装置，然后进行生物样本的成像分析。需要说明的是，第二支架122上可以在不同高度设置多个培养皿架，进行成像分析时，只需调整成像装置的高度对培养皿架内生物样本成像即可，而无需调整培养皿架的对准位置。

在本公开实施例的方式中，每组支架安装孔1121的数量可以是1-5个，为固定支架本体12提供支撑，具体数量可以根据需要灵活进行调整，本公开对此不做限制。

根据本公开的实施例，所述导电滑环111包括：定子部分和转子部分；所述转子部分固定于所述旋转平台11的台面；所述定子部分固定于所述旋转平台11的底座114上。

根据本公开的实施例，所述旋转平台11包括：底座114、固定于所述底座114的法兰115、所述法兰115固定的挡片116和光电限位开关117；

所述光电限位开关117固定于所述底座114上，高度与所述挡片116适配；所述挡片116上带有豁口1161，所述光电限位开关116的光信号能够通过所述豁口1161。

在本公开实施例的方式中，利用光电限位开关117来对旋转平台11的零点位置进行校准，当旋转平台11旋转时，挡片116可以阻挡光电限位开关117的光信号，豁口1161处光信号可以通过，通过检测光信号可以实现零点位置的校准，以使培养皿架能够对准成像装置。

一种示例性的校准方法如下：

a)以约25°/s的速度逆时针方向旋转，直到光电限位开关信号接通停止移动；

b)以约10°/s的速度顺时针方向旋转，直到光电限位开关信号断开停止移动；

c)以约0.1°/s的速度逆时针方向旋转，直到光电限位开关信号接通停止移动；

d)以正常驱动速度顺时针方向旋转1°，将当前位置设定为零点。

通过上述校准方法校准零点位置，以实现成像装置对培养皿架内生物样本的精准定位，能够提高生物样本分析的精度。

本领域普通技术人员可以知晓，还可以采用其它的顺时针、逆时针旋转方式及旋转速度实现校准零点位置，本公开对此不作限定。

根据本公开的实施例，所述第二支架122上还设置有固定件124，用于固定所述培养皿架。

根据本公开的实施例，所述培养皿架固定支架还包括：转角加固块125，设置在相邻所述第一支架121之间，用于加固所述支架本体12。

在本公开实施例的方式中，所述转角加固块125设置在第一支架121靠近第二支架122的位置，保证在旋转过程中支架本体12的平稳。

根据本公开的实施例，所述培养皿架固定支架还包括：气泵固定板14、气泵减震套15以及气泵16；所述气泵固定板14固定于所述分线板13的上方，气泵固定板14上固定若干所述气泵减震套15，所述气泵减震套15内设置有所述气泵16；所述气泵16用于所述培养皿架内外气体交换。

在本公开实施例的方式中，通过气泵可以将空气、氧气、二氧化碳、乙烯等气体泵入培养皿架内，用于研究植物在该实验条件下的生长状态，从而够满足了不同实验条件的需求。

根据本公开的实施例，所述培养皿架固定支架还包括：电气设备罩17，固定于所述第一支架121上方；所述电子设备罩17上设置有气泵管出口171，连接所述气泵16的气泵管通过所述气泵管出口171与所述培养皿架连通。

根据本公开的实施例，所述气泵固定板14上还可以设置例如蠕动泵的液泵(附图中未示出)，液体导管可以通过气泵管出口171连接至所述培养皿架，为培养皿输送例如营养液的液体。

本公开实施例提供的培养皿架固定支架，可以固定于光学隔震平台，避免外部震动影响培养皿架与成像装置的对准精度，在利用成像设备对培养皿架内生物样本进行成像分析时，需要进行旋转平台零点位置的校准，在校准后，可以利用步进电机或直驱电机控制旋转平台的旋转速度，旋转平台带动支架主体旋转，使得每一个方向上需要成像的培养皿架能够与固定位置的成像装置对准，然后利用成像设备对拍摄的样本照片进行分析。本公开实施例提供的培养皿架固定支架可以固定多个培养皿架，从而能够同时对多个培养皿架内生物样本进行成像分析，提高了样品分析通量。

如图6所示，本公开提供一种培养箱，所述培养箱2可固定于光学隔震平台，包括：培养皿架固定支架1和箱体20。所述培养皿架固定支架参见图1-图5所示的实施例，在此不予赘述。

所述箱体20的底部开设有开孔21，所述培养皿架固定支架通过所述开孔21固定于所述光学隔震平台，以避免因箱体20机械强度不够而影响旋转平台11运行时的稳定性，并避免箱体20本身的震动直接传导到培养皿架固定支架上。开孔21与光学隔震平台之间，可加垫一层薄橡胶垫，以避免此处破坏箱体20的气密性。所述箱体20的其中一面侧壁上安装有观察窗22，旋转所述培养皿架固定支架，并通过所述观察窗22能够观测每个培养皿架A。

根据本公开的实施例，所述箱体20上安装有航空插座面板23，用于为所述培养皿架固定支架提供电气连接接口，箱体20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。

根据本公开的实施例，所述培养箱2还包括：温度控制设备，用于为所述培养箱提供恒温环境；所述温度控制设备包括：压缩机24，设置在所述培养箱外部，由铜管与箱体20连接，从而避免压缩机工作时产生的震动传导至培养皿架固定支架上，进一步提高了生物样本形态成像设备与培养皿架的对准精度。

所述温度控制设备还包括：冷凝器、蒸发器、循环风机、温度传感器、控制电路等部分，除压缩机24外，温度控制设备的其他部分设置于箱体20内，箱体20内还设置有底部长条形出风口25，当箱体20的箱门关闭后，温度控制设备冷却或加热后的空气从底部长条形出风口25吹出，从顶部循环风机吸回，以维持箱体20内密闭空间的恒温环境。

根据本公开的实施例，所述箱体20上开设有进气口26和排气口27，以及位于所述排气口27处的电磁阀；所述进气口26用于连通供气组件，所述供气组件用于提供所述培养箱内的气体环境；所述电磁阀用于控制所述排气口27的开合状态。

在本公开实施例的方式中，进气口26连通的供气组件可以为箱体20内密闭空间提供空气、氧气、二氧化碳、乙烯等实验环境，气泵16可以将箱体20内的气体泵入相应的培养皿架内，以研究在该实验环境下生物样本的生长状态。

需要说明的是，为了避免箱体20内的原有气体对实验条件(比如气体浓度)的影响，利用电磁阀打开排气口27，通入高压空气快速冲洗箱体20内的气体并排出箱体20外，然后利用电磁阀关闭排气口27，即可通过供气组件向箱体20内通入满足实验条件的气体。在关闭箱门后，箱体20内部保持严格密闭，除观察窗外不透光，且保持气密，当排气口27处的电磁阀关闭时，从进气口26通入气体可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。

根据本公开的实施例，箱体20外侧的成像装置可以透过观察窗22对生物样本进行拍摄，观察窗22所用玻璃采用双面镀膜，同时增加玻璃在可见光与红外光波段的透光率，以减少箱体20外侧的红外照明光源反射到镜头中的反光，并减少箱体20内的生物样品在使用箱体20外侧的传感器检测时的可见光信号损失。

根据本公开的实施例，所述观察窗22的四周设置有加热件，用于防止观察窗玻璃在内部低温环境时的表面结霜。

如图7所示，本公开提供一种生物样本形态成像设备，所述生物样本形态成像设备包括：培养皿架固定支架1、培养箱2、光学隔震平台3和成像装置4；所述培养箱参见图6所示的实施例，在此不予赘述。所述培养箱2和成像装置4均固定于光学隔震平台2。

所述成像装置4用于通过所述观察窗拍摄所述培养皿架内的生物样本形态。

根据本公开的实施例，以所述观察窗所在平面为三维空间中Z轴方向，所述成像装置的拍摄组件能够在三维空间中的X轴、Y轴、Z轴方向移动。通过调整成像设备在X轴、Y轴、Z轴方向的位移，并通过旋转平台将相应的培养皿架A旋转对准拍摄组件，可以对固定于培养皿架固定支架上的若干培养皿架A内生物样本成像，然后进行成像分析，而无需调整培养皿架的对准位置。也可以对同一个培养皿架A内的多个植物样品进行成像，并能够实现自动对焦，从而实现高通量成像。

本公开实施例提供的生物样本形态成像设备，可以用于植物样本，尤其是植物幼苗的生长状态的分析，通过旋转培养皿固定支架实现了同时拍摄大量植物幼苗样本，提高了分析通量。而且，在满足高通量成像分析的同时，可以灵活调整培养皿架内植物幼苗培养环境的温度、气体成分浓度、光照等条件，满足了多种实验条件变量下，观察植物幼苗生长的变化，极大地扩展了设备的功能。

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。