技术摘要：
本发明提供一种新型贴壁细胞培养装置，包括：PCB线路板；图像采集装置，设置在PCB线路板的上表面，图像采集装置与控制器连接；细胞培养容器，为贴壁细胞提供容器，细胞培养容器设置在图像采集装置的上方，且使细胞培养容器的侧壁的底部贴靠图像采集装置的上表面，细胞  全部
背景技术：
细胞培养是生物工程技术中一个必不可少的过程，该技术可以由一个细胞经过大 量培养成为简单的单细胞或极少分化的多细胞。通过细胞培养可以得到大量的细胞或其代 谢产物。由于大多数生物产品都是从细胞得来，因此细胞培养技术是生物技术中最核心、最 基础的技术。细胞培养工作现已广泛应用于生物学、医学、新药研发等各个领域，它对整个 生命科学研究起到至关重要的作用。 然而目前的新型贴壁细胞培养装置只是单纯的作为细胞培养的容器，当需要在细 胞的生长状况时，需要先将现有技术中的培养容器从培养箱中取出，接着放到显微镜下面 观测，然后观测完毕后放回培养箱继续培养。 即上述现有技术不仅操作麻烦、而且细胞容易被细菌、真菌等污染，因此上述现有 技术在图像实时监测上任有不足。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在对细胞培养容器中的贴壁细胞 进行实时监控的新型贴壁细胞培养装置。 具体技术方案如下： 一种新型贴壁细胞培养装置，其中，包括： PCB线路板； 图像采集装置，设置在PCB线路板的上表面，图像采集装置与一控制器连接； 细胞培养容器，为贴壁细胞提供容器，细胞培养容器设置在图像采集装置的上方， 且使细胞培养容器的侧壁的底部贴靠图像采集装置的上表面，细胞培养容器的底部设置有 暴露图像采集装置的开口； 图像采集装置通过开口对贴壁细胞进行图像采集，并将采集到的图像输出至控制 器； 控制器将用以处理图像以获得贴壁细胞的生长数据，并将生长数据传输至外接的 显示终端中。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集装置包括图像采集芯片，图像采 集芯片封装在一封装管壳中，封装后的图像采集芯片的电极设置在封装管壳的背面和/或 侧面，封装有图像采集芯片的封装管壳焊接在PCB线路板的上表面，封装管壳上表面中部暴 露图像采集芯片，图像采集芯片被细胞培养容器的侧壁底部包围。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集芯片与封装管壳的交接处设置有 UV胶。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集芯片突出封装管壳。 5 CN 111607513 A 说　明　书 2/20 页 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，图像采集芯片包括由多个探测器单元组成 的探测器阵列。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，探测器阵列采用CMOS图像传感器阵列、半 浮栅晶体管阵列、复合介质栅光敏探测器阵列、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵 列和分裂栅型MOSFET成像探测器阵列中的任意一种。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，探测器单元的尺寸≤1μm，探测器阵列中的 探测器单元的数量≥1千万。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器包括细胞培养槽和与细胞培 养槽相适配的顶盖，细胞培养槽的上表面设置有顶部开口，细胞培养槽通过顶盖封盖顶部 开口，细胞培养槽与顶盖可拆卸设置。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，顶盖设置有盖檐，盖檐的内侧壁上设置有 内螺纹，细胞培养槽的外侧壁上设置有与内螺纹相适配的外螺纹，顶盖通过内螺纹和外螺 纹与细胞培养槽可拆卸设置。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，顶盖设置有盖檐，盖檐的内侧壁上设置有 凸起，顶盖通过凸起与细胞培养槽的侧壁之间保持间隙。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的容腔的形状包括圆柱体， 长方体和圆角长方体中的任意一种。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的形状包括圆柱体，长方体 和圆角长方体中的任意一种。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，开口的形状包括椭圆形、圆形、矩形或者圆 角平行四边形中的任意一种。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的形状包括培养皿形状和培 养瓶形状中的至少一种。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器的数量为至少一个，每个细 胞培养容器与一个图像采集装置相对应，并且每个细胞培养容器放置在对应的图像采集装 置的上方。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，多个细胞培养容器并排设置，与每个细胞 培养容器相对应的图像采集装置并排设置在PCB线路板的上表面，每个图像采集装置与控 制器连接。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，包括多个细胞培养容器时，所有细胞培养 容器包括一个顶盖，顶盖为所有细胞培养容器进行封盖。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，于细胞培养容器放置在图像采集装置的上 方时，开口的中心位置贴近图像采集装置的中心位置。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，细胞培养容器为透明容器，由玻璃或有机 聚合物制成。 优选的，新型贴壁细胞培养装置，其中，控制器将生长数据通过有线或无线方式输 出至本地或远程的显示终端中。 一种新型贴壁细胞培养装置，包括至少一个用于培养贴壁细胞的培养容器和用于 图像采集的成像芯片，所述培养容器的顶面敞口，且底面开设有显像孔，所述成像芯片位于 6 CN 111607513 A 说　明　书 3/20 页 所述显像孔的中央，所述成像芯片封装在管壳内，所述管壳的背面或者侧边设置有成像芯 片封装后的电极，用于所述成像芯片与外部控制系统之间的输入和输出，所述管壳的上表 面与所述培养容器的下表面贴合； 该贴合是指所述管壳的上表面与所述培养容器的下表面无间隙的结合，例如可以 采用粘合剂粘合。 优选的，通过PLCC方式封装有成像芯片的管壳焊接到PCB线路板上，焊接处四周包 裹有紫外胶，用于隔绝焊盘与周围的环境，然后将所述PCB线路板与外部控制系统相接，所 述PCB线路板与外部控制系统相接的方式可以选择排线、金手指接插件等方式。 优选的，所述培养容器内包括至少一个培养槽，每个培养槽对应培养容器的底面 均开设有与其中心轴线相同的显像孔，每个显像孔的中央对应设置有一个所述成像芯片。 优选的，所述培养容器的顶面敞口上设有顶盖，所述顶盖的内侧壁上均匀分布有 若干凸起，所述顶盖通过所述凸起与所述培养容器的侧壁可拆卸配合。 优选的，所述成像芯片的探测器阵列采用CMOS图像传感器阵列、半浮栅晶体管阵 列、复合介质栅光敏探测器阵列、基于复合介质栅的双器件光敏探测单元阵列或分裂栅型 MOSFET成像探测器阵列中的一种。 所述半浮栅晶体管，例如，可以是文献(Wang  P ,Lin  X ,Liu  L ,et  al .A  semi- floating  gate  transistor  for  low-voltage  ultrafast  memory  and  sensing  operation.[J].Science(New  York,N.Y.) ,2013,341(6146):640-643.)所述半浮栅晶体管 结构，也可以是中国专利CN201410201614.6所述的半浮栅晶体管结构，包括半导体衬底(P 型)；半导体衬底中通过离子注入形成N 型源极，通过两步离子注入形成大的N型漏极；半导 体衬底上方依次设有底层介质，半浮栅，顶层介质，控制栅，底层介质中间通过刻蚀形成一 个槽，使得半浮栅与漏极直接接触。相较传统的浮栅晶体管的擦写操作是通过外加高电压 来控制电子隧穿过绝缘介质层，半浮栅晶体管采用了硅体内TFET的量子隧穿效应、以及采 用PN结二极管来替代传统的氧化硅数据擦写窗口。 所述复合介质栅光敏探测器，例如，可以是中国专利CN200910024504.6所述的光 敏复合介质栅MOSFET探测器。该光敏探测器包括：半导体衬底(P型)；半导体衬底正上方依 次设有底层绝缘介质，光电子存储层，顶层绝缘介质，控制栅；半导体衬底中(靠近叠层介质 两侧)通过离子注入掺杂形成N型源极和漏极。通过在控制栅极加一个大于阈值电压的栅极 电压，源极和漏极之间电压差为0，P型衬底和源端设置一个大的电压差在衬底上产生相对 宽的耗尽区，这样衬底中产生的冷的电子在耗尽区中电场的作用下向着栅极方向加速获得 能量，这个能量大于衬底和底层介质之间的势垒时电子直接越过这个势垒进入到底层介 质，并且在底层介质电场的作用下以很高的速度向着栅极方向运动，产生栅极的注入电流。 所述基于复合介质栅的双器件光敏探测单元 ，例如，可以是中国专利 CN201610592997.3所述的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元。该光敏探测单元包括具 有感光功能的复合介质栅MOS-C部分和具有读取信息功能的复合介质栅MOSFET部分，且这 两部分形成在同一P型半导体衬底的上方；所述复合介质栅MOS-C部分包括在P型半导体衬 底上方依次叠设的电荷耦合层、第一顶层介质层和第一控制栅极，其中，在P型半导体衬底 中且电荷耦合层的下方设有N型注入层；所述复合介质栅MOSFET部分包括在所述P型半导体 衬底上方依次叠设的底层介质层、所述电荷耦合层、第二顶层介质层和第二控制栅极，其 7 CN 111607513 A 说　明　书 4/20 页 中，在所述P型半导体衬底中且靠近底层介质层的一侧设有N型源极区和N型漏极区，在所述 P型半导体衬底中且底层介质层的下方设有阈值调节注入区；所述P型半导体衬底中，N型注 入层与N型源极区、N型漏极区之间通过设置浅槽隔离区和P 型注入区隔开。工作时：控制栅 极加0偏压，衬底加负偏压脉冲，在衬底中形成耗尽层，当光入射到耗尽层中光子被半导体 吸收时，产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到衬底和栅氧界面处，在该界面处聚 集，使得读取晶体管阈值电压变化，以此表征光电子数目，将光信号转化成可量化的电信 号。 所述分裂栅型MOSFET成像探测器，例如，可以是中国专利CN201210349285.0所述 的分裂栅型MOSFET成像探测器。该成像探测器的结构包括：在衬底P型半导体材料正上方分 别设有两层绝缘介质材料和控制栅极，两层绝缘介质材料之间设有光电子存储层。控制栅 极面或衬底层至少有一处为对探测器探测波长范围内的光透明或半透明的窗口。衬底P型 半导体材料上方浮栅MOSFET的两侧设有选择栅极，选择栅极与衬底之间设有绝缘介质层， 绝缘介质层材料和厚度与底层绝缘介质层相同。两个选择栅极所控制的衬底的外围P型衬 底上设有N型半导体区，构成分裂栅MOSFET的源极和漏极。两个选择栅极设在浮栅MOSFET的 两侧，且选择栅极与控制栅极和光电子存储层之间用绝缘介质材料隔开，且将控制栅极所 控制的衬底与成像探测器的源极和漏极隔开。与控制栅极接触的第二层绝缘介质层是阻止 光电子存储层中存储的电荷流失到控制栅极的材料，与衬底P型半导体材料接触的第一层 绝缘介质层即底层介质，有效隔离控制栅极控制下的衬底沟道与光电子存储层，在栅极电 压足够高或入射光子能量较高时，把所述沟道中的电子扫入光电子存储层。在控制栅极加 正偏压脉冲，在P型半导体衬底上加负偏压脉冲，同时在两个选择栅极上加一个负偏压脉 冲，这样在控制栅极控制下的P型半导体衬底中形成一个耗尽层，当光入射到耗尽层中光子 被半导体吸收时，就会产生光电子，光电子在栅极电压的驱使下移动到沟道和底层绝缘层 的界面处。由于两个选择栅极施加了一个负偏压，这样就在选择栅极控制的P型半导体衬底 中形成了一个高电子势垒，这个高电子势垒将控制栅极控制下的衬底与N型源极和漏极有 效的隔离开，保证了衬底耗尽层中收集的光电子不会向源极和漏极方向流失，同时源极和 漏极中的电子也受到这个高势垒的阻碍不得进入衬底耗尽层中。当控制栅极所加正偏压足 够大时，衬底耗尽层中收集的光电子将通过F-N隧穿的方式进入光电子存储层；如果入射光 子能量足够高，大于半导体与底层绝缘介质层的禁带宽度，光电子将可以通过直接隧穿的 方式进入光电子存储层。在搜集光电子阶段，源极和漏极可以适当施加大小合适的正偏压， 或者直接浮空。 优选的，所述成像芯片的单个探测器单元尺寸≤1μm，探测器阵列规模≥1千万，用 以保证液基细胞样品显微成像时的大视场和高分辨率。 优选的，所述显像孔和培养槽的形状分别选自椭圆形、圆形、矩形或者圆角平行四 边形中的一种。 优选的，所述培养容器和顶盖均呈完全透明状，并且均由玻璃或有机聚合物制成。 所述外部控制系统包括控制模块、光源模块、数据采集与处理模块、数据传输模 块、图像分析与显示模块、数据储存模块，所述控制模块分别与光源模块、数据采集与处理 模块连接，所述数据采集与处理模块同时还与数据传输模块连接，所述数据传输模块包括 WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块中的至少一种，同时与图像分析与显示模块和数据储存模 8 CN 111607513 A 说　明　书 5/20 页 块连接，图像分析与显示模块与数据储存模块连接。 所述控制模块可以选用FPGA，用于控制成像芯片工作，和控制成像时光源模块(照 明灯)的开启、关闭控制，所述数据采集与处理模块接收成像芯片采集的显微图像后，通过 相关图像处理算法去除和抑制投影显微图像中的噪声，以及对成像效果较差的图像数据， 如信号较弱、边缘模糊、低信噪比的图像数据进行图像增强、伪彩色着色和图像分割等处 理。 所述数据传输模块，包括WIFI模块、蓝牙模块或者GSM模块，用于将处理后的芯片 采集的细胞培养过程中的投影显微图像传输到图像分析与显示模块以及数据储存模块。 所述图像分析与显示模块用于接收处理完成的图像数据进行下一步的交互式分 析和显示最终成像结果，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等；所述交互式分析包括对图 像进行删除、缩小、放大、旋转、特定区域选取和目标标注。 所述数据储存模块用于建立图像数据库，储存经过数据采集与处理模块之后的图 像数据或者是图像分析与显示模块之后的图像数据。该数据储存模块包含有数据库，所述 数据库可以在本地存储，也可以是云端的服务器存储；所述数据储存模块将经过数据采集 与处理模块处理后的数据或者图像分析与显示模块之后的数据保存进本地数据库或者通 过网络上传至云端服务器，并能对数据库内的图像数据进行搜索查询、添加或删除、修改和 备份。 上述技术方案具有如下优点或有益效果： 第一，通过将细胞培养容器直接设置在图像采集装置的上方，使得图像采集装置 通过开口对贴壁细胞进行图像采集，从而实现不需要物镜就可以对贴壁细胞进行图像采 集，进而有效地克服显微成像时焦深小的局限性，以及成像质量更清晰； 第二，培养装置不但可以作细胞培养的容器，还可以通过图像采集装置将采集到 的图像输出至控制器，控制器对图像进行处理以得到贴壁细胞的生长情况，并将贴壁细胞 的生长数据输出至外接的显示终端，以直接记录贴壁细胞的生长数据，从而实现能够实时 获取贴壁细胞的生长数据，进而使得用户能够实时了解贴壁细胞的生长情况； 第三，只要将细胞培养容器设置在图像采集装置的上方，就可以实现对细胞培养 容器中的贴壁细胞进行实时监控，不仅提高了对贴壁细胞的监测精度，同时节约了实时监 控空间，进而降低监测成本。 附图说明 参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和 阐述，并不构成对本发明范围的限制。 图1为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图一； 图2为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图二； 图3为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图三； 图4为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的顶盖的结构示意图； 图5为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的图像采集芯片的原理框图； 图6为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例一的结构示意图四； 图7为本发明新型贴壁细胞培养装置的原理框图； 9 CN 111607513 A 说　明　书 6/20 页 图8为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的结构示意图一； 图9为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的结构示意图二； 图10为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的结构示意图三； 图11为本发明新型贴壁细胞培养装置实施例二的图像采集芯片的原理框图； 图12为本发明新型贴壁细胞培养装置的图像采集芯片的探测器阵列的示意图； 图13为本发明新型贴壁细胞培养装置的CMOS图像传感器的结构示意图； 图14为本发明新型贴壁细胞培养装置的半浮栅晶体管的结构示意图； 图15为本发明新型贴壁细胞培养装置的复合介质栅光敏探测器的结构示意图； 图16为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元 的结构示意图一； 图17为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元 的结构示意图二； 图18为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元 的结构示意图三； 图19为本发明新型贴壁细胞培养装置的基于复合介质栅的双器件光敏探测单元 的结构示意图四； 图20为本发明新型贴壁细胞培养装置的分裂栅型MOSFET成像探测器的结构示意 图。