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CN112094743A - 一种活细胞培养和实时观测系统及方法 - Google Patents

一种活细胞培养和实时观测系统及方法 Download PDF

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CN112094743A
CN112094743A CN202010848441.2A CN202010848441A CN112094743A CN 112094743 A CN112094743 A CN 112094743A CN 202010848441 A CN202010848441 A CN 202010848441A CN 112094743 A CN112094743 A CN 112094743A
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real
light source
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CN202010848441.2A
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杨程
沈心雨
闫锋
曹雪芸
林岚昆
孟云龙
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Nanjing University
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Abstract

本发明提供一种活细胞培养和实时观测系统，涉及细胞培养和显微成像技术领域，包括：一细胞成像装置，包括细胞培养皿用于承载活细胞样本和培养液；图像传感器芯片上设有一感光区，图像传感器芯片的正面与细胞培养皿的底面贴合，且感光区完全裸露于细胞培养皿的底面，用于记录活细胞样本的投影显微图像；光源装置固定于图像传感器芯片上方，用于为活细胞样本成像提供光源；一活细胞培养箱，用于放置细胞成像装置且为活细胞样本提供生长繁殖环境；一控制装置，用于控制图像传感器芯片和光源装置，并接收、处理和显示活细胞样本的投影显微图像。有益效果是拥有大视场，提高效率，可观测到传统显微镜无法观测的现象，降低了活细胞培养和观测的成本。

Description

一种活细胞培养和实时观测系统及方法
技术领域
本发明涉及细胞培养和显微成像技术领域，尤其涉及一种活细胞培养和实时观测系统方法。
背景技术
活细胞生物动态观测在生命科学研究领域以及医学领域中需求广泛，对细胞生命活动的基本规律研究是一切生命科学的重要基础。在细胞水平上进行生命活动现象的研究，可以获得更准确、更全面的反映细胞生理状态和过程的信息，例如细胞生长、分裂、分化和死亡的过程。而细胞间的相互作用和信息传递，使人们更好地了解细胞间群体中某些特殊的细胞功能，深入认识细胞个体差异等更深层次的信息，例如癌细胞繁殖转移、细胞吞噬等过程。由于细胞形态发生变化的速度快，一些生理行为特征周期时间短，因而活细胞观测分析手段要满足实时、响应速度快、连续、高灵敏、高时空分辨率等要求，同时对生物样品还需要满足无损或微损的要求。
当前主要的细胞培养和监测过程主要存在两个问题。第一，整个过程均为人工且重复性的操作，存在效率低下、易受污染、细胞样本发生人为移动和变化等问题。第二，目前细胞生物动态观测都是在显微镜下进行，而在高倍显微镜下的观测一直存在视场小，观测范围受限，无法实现同时观测远距离的不同样本变化，这也是生物医学界目前尚未解决的一大难题。且因显微镜设备体积大，价格昂贵等问题，细胞相关研究无法广泛普及。
因此，为了满足广泛的医学、药学和生命科学领域的科研和临床需求，大视场、结构简单、效率高、操作简便、成本较低的活细胞培养和实时观测装置便显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种活细胞培养和实时观测系统，具体包括：
一细胞培养皿，用于承载活细胞样本和培养液；
一图像传感器芯片，所述图像传感器芯片的正面与所述细胞培养皿的底面贴合，所述图像传感器芯片正面设有一感光区且所述细胞培养皿底部设有暴露所述感光区的开口，所述图像传感器芯片用于记录所述活细胞样本的投影显微图像；
一光源装置，固定于所述图像传感器芯片上方，所述光源装置用于为所述活细胞样本成像提供光源；
一活细胞培养箱，用于放置所述细胞培养皿、所述图像传感器芯片和所述光源装置，并为所述活细胞样本提供生长繁殖环境；
一控制装置，分别连接所述图像传感器芯片和所述光源装置，用于控制所述图像传感器芯片和所述光源装置，并接收、处理和显示所述活细胞样本的所述投影显微图像。
优选的，所述细胞培养皿包括设有所述开口的底板以及底部围合所述底板的侧壁，且所述底板的厚度≤500μm，所述侧壁的厚度≤500μm。
优选的，所述细胞培养皿的制作材料为透明玻璃，或透明的有机聚合物。
优选的，所述细胞培养皿的底面通过AB胶或紫外胶粘贴固定在所述图像传感器芯片的正面形成封闭浅槽，以承载所述活细胞样本和所述培养液。
优选的，所述图像传感器芯片采用柔性印制电路板封装，且所述感光区周围的封装连接用金线采用芯片封装胶固定。
优选的，所述柔性印制电路板通过一软质排线外接一连接器公座，且所述控制装置上设有与所述连接器公座适配的一连接器母座，所述图像传感器芯片通过所述软质排线、所述连接器公座和所述连接器母座与所述控制装置建立连接。
优选的，所述软质排线的基材为以聚酰亚胺或聚酯薄膜，双面加电子屏蔽膜，形状为长条型，厚度≤100μm。
优选的，所述连接器公座设置于一连接器底板的背面，所述连接器底板的基材为PCB软硬复合板且正面加钢片补强。
优选的，所述连接器公座的基材为金属，且所述连接器公座上设有一长矩形沟槽，所述长矩形沟槽两侧均匀分布有两排连接器引脚。
优选的，所述图像传感器芯片采用半浮栅晶体管或复合介质栅光敏探测器作为感光像素单元。
优选的，所述图像传感器芯片的单个所述感光像素单元的尺寸≤500mm×500nm，所述图像传感器芯片的所述感光像素单元的数目≥4亿。
优选的，所述光源装置包括：
光源主板，所述光源主板上集成一红绿蓝三色LED光源；
若干可调节支架，分别固定于所述光源主板的朝向所述红绿蓝三色LED光源的一侧，各所述可调节支架用于支撑和固定所述光源主板并调节所述光源主板的照明高度。
优选的，所述红绿蓝三色LED光源通过一连接排线与所述控制装置连接，以通过所述控制装置控制所述红绿蓝三色LED光源的工作模式和照明亮度。
优选的，所述活细胞培养箱的外部设有保温层。
优选的，所述活细胞培养箱的内部设有一托盘，用于放置所述细胞培养皿、所述图像传感器芯片和所述光源装置。
优选的，所述活细胞培养箱内部设有温度控制器和气体控制器，通过所述温度控制器和所述气体控制器调节所述活细胞培养箱中的温度和气体浓度，为所述活细胞样本提供生长繁殖环境。
优选的，所述控制装置设置于所述活细胞培养箱的外部，所述活细胞培养箱的箱体背面设有小型通孔，用于供所述控制装置分别与所述图像传感器芯片和所述光源装置的连接走线。
一种活细胞培养和实时观测方法，应用于上述任意一项所述的活细胞培养和实时观测系统，所述活细胞培养和实时观测方法包括以下步骤：
步骤S1，将待培养和观测的活细胞和培养液接种至所述细胞培养皿内的所述图像传感器芯片的所述感光区上；
步骤S2，对所述活细胞培养箱进行培养环境设置，并将接种有所述活细胞和所述培养液的所述图像传感器芯片和所述细胞培养皿，以及所述光源装置放置于所述活细胞培养箱内，并接入所述控制装置；
步骤S3，所述控制装置控制所述光源装置开启，同时控制所述图像传感器芯片对所述活细胞样本的所述投影显微图像进行采集；
步骤S4，所述控制装置在采集结束后接收采集得到的所述投影显微图像，并对所述投影显微图像进行处理后显示。
优选的，执行所述步骤S1之前还包括：
对所述细胞培养皿、所述图像传感器芯片和所述光源装置进行灭菌处理，随后于所述细胞培养皿底部加促贴壁剂进行处理。
优选的，所述灭菌处理的处理方式包括采用紫外光照射和采用无水酒精浸泡。
优选的，所述步骤S3中，所述控制装置控制所述图像传感器芯片对所述活细胞样本的所述投影显微图像进行采集包括：
所述控制装置控制所述图像传感器芯片以图像采集模式采集得到所述投影显微图像，以对所述活细胞样本的当前状态进行观测；或
所述控制装置控制所述图像传感器芯片以视频采集模式采集得到预设视频采集时间的若干所述投影显微图像，以对所述活细胞样本在所述预设视频采集时间的细胞变化情况进行观测。
优选的，所述活细胞培养箱内设有温度控制器和气体控制器，所述步骤S2中，通过所述温度控制器和所述气体控制器对所述活细胞培养箱进行培养环境设置。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
1)能在无接触、不移动样品的前提下，对活细胞进行持续培养并实现活细胞生长状态的全视野实时动态监测；
2)在满足高分辨率的同时提供了极大视野，可以实现数万细胞样品的同时监测，可以看到同一时刻下、远距离的不同细胞样本的相对变化；
3)通过将全视野的图像数据保存，可以随时观察全视野中任何一个位置的任何一个细胞变化的全过程；
4)结构简便，操作简单，极大地提升了活细胞培养和观测的便携性和简便性，极大提高了活细胞培养和观测的效率，降低了活细胞培养和观测的成本，有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的实施例中，一种活细胞培养和实时观测系统的结构示意图；
图2为本发明的实施例中，一种活细胞培养和实时观测系统的原理框图；
图3为本发明的实施例中，细胞培养皿的结构示意图；
图4为本发明的实施例中，细胞培养皿的结构示意图；
图5为本发明的实施例中，图像传感器芯片结合细胞培养皿的结构示意图；
图6为本发明的实施例中，图像传感器芯片的结构示意图；
图7为本发明的实施例中，细胞成像装置的结构示意图；
图8为本发明的实施例中，活细胞贴壁生长的全视野投影显微图像的细节放大示意图；
图9为本发明的实施例中，一种活细胞培养和实时观测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
实施例一
基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种活细胞培养和实时观测系统，具体包括：
一细胞培养皿1，用于承载活细胞样本和培养液；
一图像传感器芯片2，图像传感器芯片2的正面与细胞培养皿1的底面贴合，图像传感器芯片2正面设有一感光区21且细胞培养皿1底部设有暴露感光区21的开口，图像传感器芯片2用于记录活细胞样本的投影显微图像；
一光源装置3，固定于图像传感器芯片2上方，光源装置3用于为活细胞样本成像提供光源；
一活细胞培养箱4，用于放置细胞培养皿1、图像传感器芯片2和光源装置3，并为活细胞样本提供生长繁殖环境；
一控制装置5，分别连接图像传感器芯片2和光源装置3，用于控制图像传感器芯片2和光源装置3，并接收、处理和显示活细胞样本的投影显微图像。
上述实施例中，如图1至图5所示，细胞培养皿1、图像传感器芯片2和光源装置3共同组成细胞成像装置6，其中，细胞培养皿1底部设有开口，该开口的尺寸大于图像传感器芯片2的感光区21的尺寸，细胞培养皿1的底面与图像传感器芯片2的正面贴合时，感光区21能够完全暴露在细胞培养皿1的底部，使得采用细胞培养皿1作为活细胞样本和培养液的载体的同时，活细胞样本能够直接接种在感光区21，以便图像传感器芯片2直接记录活细胞样本的投影显微图像，为活细胞观测提供大视场的同时有效降低观测成本。进一步地，通过在图像传感器芯片2的上方固定光源装置3，能够在图像传感器芯片2进行投影显微图像采集的同时为活细胞样本成像提供足够的光源。在进行活细胞样本的培养和观测时，将上述细胞成像装置6整体放置于活细胞培养箱4中，该活细胞培养箱4能够为活细胞样本的培养提供适宜的生长繁殖环境，随后将图像传感器芯片2和光源装置3接入控制装置5，通过控制装置5可以控制光源装置3的开启和关闭以及根据需要对照明亮度进行调节，同时通过控制装置5可以控制图像传感器芯片2进行投影显微图像的采集，并接收采集得到的投影显微图像进行处理后显示，实现活细胞样本的培养和观测。
作为优选的实施方式，细胞培养皿1由底部镂空设有开口的底板11以及光滑的侧壁12构成，其中，底板11的厚度≤500μm，侧壁12的厚度≤500μm。细胞培养皿1的制作材料可以是透明玻璃，也可以是透明的有机聚合物，完全透明，上述有机聚合物包括但不限于PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)以及水凝胶、环氧树脂等。细胞培养皿1的底部形状可以是圆形，如图3所示，也可以是矩形，如图4所示，但不限于这些形状。
作为优选的实施方式，细胞培养皿1的底面通过AB胶或紫外胶粘贴固定在图像传感器芯片2的正面形成封闭浅槽，以承载活细胞样本和培养液。上述AB胶为丙烯酸改性环氧和改性胺1:2混合得到，通过AB胶或紫外胶粘贴在图像传感器芯片2的正面和细胞培养皿1之间使二者完全贴合，共同形成封闭浅槽，此时图像传感器芯片2的感光区21完全裸露于细胞培养皿1的底面，如图5所示，形成图像传感器芯片2结合细胞培养皿1的结构。
作为优选的实施方式，如图5至图7所示，图像传感器芯片2采用柔性印制电路板封装，且由于应用于液体细胞样品的培养和观测，因此在图像传感器芯片2的感光区21周围的封装连接用金线采用芯片封装胶22固定，保护的同时起到防水的效果。其中，芯片封装胶22可以是紫外胶，也可以是AB胶，同时，由于芯片封装胶22固化后会在四周形成高度约为0.5-1mm的凸起，有效保护图像传感器芯片2内部正常工作。
作为优选的实施方式，柔性印制电路板通过一软质排线23外接一连接器公座，且控制装置5上设有与连接器公座适配的一连接器母座，图像传感器芯片2通过软质排线23、连接器公座和连接器母座与控制装置5建立连接。
进一步地，软质排线23的基材为以聚酰亚胺或聚酯薄膜，双面加电子屏蔽膜，形状为长条型，长度≥10cm，厚度≤100μm，有良好的弯折性。
进一步地，连接器公座设置于一连接器底板24的背面，连接器底板24的基材为PCB软硬复合板且正面加钢片补强，用以增强连接器公座的机械强度，通过连接器公座与控制装置5的连接器母座连接，将图像传感器芯片2采集的信息转化为电信号传递给控制装置5，实现图像信号的传输。
进一步地，连接器公座的基材为金属，优选为铜合金，且连接器公座上设有一长矩形沟槽25，长矩形沟槽25两侧均匀分布有两排连接器引脚26，连接器引脚26的总数不小于40，通过该连接器引脚26与控制装置5上的连接器母座相连，实现信号传输。
作为优选的实施方式，图像传感器芯片2的感光区21中单个感光像素单元采用的结构可以是美国专利US 8,604,409中所述的复合介质栅光敏探测器，还可以是文献(WangP,Lin X,Liu L,et al.A semi-floating gate transistor for low-voltage ultrafastmemory and sensing operation.[J].Science(New York,N.Y.),2013,341(6146):640-643.)中所述的半浮栅晶体管。并且单个感光像素单元的尺寸≤500mm×500nm，图像传感器芯片2的感光像素单元的数目≥4亿。这样像元尺寸越小分辨率越高，能看到越细微的样品细节信息，同时亿级以上的像素规模保证了在高分辨率的情况下兼备大的视场。
作为优选的实施方式，如图7所示，光源装置3包括：
光源主板31，光源主板31上集成一红绿蓝三色LED光源32；
若干可调节支架33，分别固定于光源主板31的朝向红绿蓝三色LED光源32的一侧，各可调节支架33用于支撑和固定光源主板31并调节光源主板31的照明高度。
通过对图像传感器芯片2结合细胞培养皿1的结构上增加光源装置3，形成完整的细胞成像装置。作为优选的实施方式，封装后的图像传感器芯片2设置于一芯片底板27上，图像传感器芯片2的感光区21位于芯片底板27的中心位置，细胞培养皿1的底面粘贴于芯片底板27上，且感光区21完全暴露于细胞培养皿1底面的开口处。该芯片底板27的边缘处设有若干螺丝孔28，各可调节支架33通过各螺丝孔28固定于芯片底板27上，以将光源装置3固定于图像传感器芯片2的上方。
进一步地，上述光源主板31可以是正方形主板，该正方形主板的基板为PCB软硬复合板，且正方形主板的几何中心处集成一个红绿蓝三色LED光源32，该红绿蓝三色LED光源32通过连接排线与控制装置5相连，以通过控制装置5控制红绿蓝三色LED光源32的工作模式和照明亮度。完整的细胞成像装置6与控制装置5连接，可以实现对细胞培养皿1底部，感光区21上部培养的细胞图像进行实时观测。
进一步地，可调节支架为4根，材质为塑料，高度可调节，具体地可调节结构为常规机械结构，不作为本发明的重点，此处不再赘述。
作为优选的实施方式，活细胞培养箱4可以是总尺寸为50cm×50cm×50cm的箱体，该活细胞培养箱4的中间位置设有温度控制器和气体控制器41，用于进行温度设定以及气体设定，通过温度控制器和气体控制器41调节活细胞培养箱4中的温度和气体浓度，为活细胞样本提供生长繁殖环境。
进一步地，箱体的外部设有厚度为5cm的保温层。用于维持箱体内的温度和气体恒定。该活细胞培养箱4的内部设有一铁质托盘42，用于固定细胞成像装置6。箱体正面设置玻璃门和遮光门帘，玻璃门用于观察箱体内部的细胞生长情况，遮光门帘用于控制细胞生长的光照条件。
进一步地，控制装置5设置于活细胞培养箱4的外部，活细胞培养箱4的箱体背面设有小型通孔，用于图像传感器芯片2上的连接器公座、软质排线23以及光源装置3的连接排线通过，并连接到外部的控制装置5，且在该小型通孔处采用硅胶做好气体密封性。控制装置5的连接器母座与连接器公座相连，用于控制图像传感器芯片2的感光区21和光源装置3的工作模式，并处理细胞成像装置6传输出来的图像或视频数据，并显示结果，如图8所示，能在无接触、不移动样品的前提下，实现活细胞生长状态的全视野实时动态监测。本系统在满足高分辨率的同时提供了极大视野，可以实现数万甚至十几万个细胞样品的同时监测，可以看到同一时刻下、远距离的不同细胞样本的相对变化。实现了对活细胞样本的持续培养和实时观测，极大提高了活细胞培养观测的效率。系统结构简便，操作简单，极大地提升了活细胞培养和观测的便携性和简便性，有着广阔的应用前景。
实施例二
本发明还提供一种活细胞培养和实时观测方法，应用于上述任意一项的活细胞培养和实时观测系统，如图9所示，活细胞培养和实时观测方法包括以下步骤：
步骤S1，将待培养和观测的活细胞和培养液接种至细胞培养皿内的图像传感器芯片的感光区上；
步骤S2，对活细胞培养箱进行培养环境设置，并将接种有活细胞和培养液的图像传感器芯片和细胞培养皿，以及光源装置放置于活细胞培养箱内，并接入控制装置；
步骤S3，控制装置控制光源装置开启，同时控制图像传感器芯片对活细胞样本的投影显微图像进行采集；
步骤S4，控制装置在采集结束后接收采集得到的投影显微图像，并对投影显微图像进行处理后显示。
作为优选的实施方式，以091214原代胶质瘤细胞作为活细胞样本为例进行活细胞培养和实时观测，首先取5ml培养液90％DMED+10％FBS加入细胞培养皿中，并取091214原代胶质瘤细胞作为活细胞样本接种至培养液内。随后通过活细胞培养箱中的温度控制器将活细胞培养箱中的环境温度设置为37℃，通过气体控制器将活细胞培养箱中的气体设置为5％CO2，95％O2，在活细胞培养箱中的活细胞培养环境稳定后，将图像传感器芯片和细胞培养皿，以及光源装置固定在活细胞培养箱内，将图像传感器芯片的连接器公座和软质排线，以及光源装置的连接排线穿过活细胞培养箱上预留的小型通孔，连接到外部的控制装置，关闭活细胞培养箱的箱门，同时保持培养箱的密封性。随后091214原代胶质瘤细胞在活细胞培养箱中进行持续不断地培养。
作为优选的实施方式，控制装置上可以设有开始采集按钮，当需要对细胞培养皿内的活细胞样本进行观测时，点击开始采集按钮，控制装置给出采集信号，并控制光源装置开启，再通过控制图像传感器芯片开始采集投影显微图像，在采集结束后，控制装置控制光源装置关闭，并读取图像传感器芯片采集的投影显微图像，经处理后对投影显微图像进行显示，以供观测人员进行查看。
作为优选的实施方式，执行步骤S1之前还包括：
对细胞培养皿、图像传感器芯片和光源装置进行灭菌处理，随后于细胞培养皿底部加促贴壁剂进行处理。
作为优选的实施方式，灭菌处理的处理方式包括采用紫外光照射30分钟后，再采用无水酒精浸泡30分钟，随后静置10分钟直至表面完全干燥，随后在细胞培养皿底部加促贴壁剂处理30分钟后，将液体弃去，并用PBS清洗三次备用。上述促贴壁剂可以是左旋多聚赖氨酸。
作为优选的实施方式，步骤S3中，控制装置控制图像传感器芯片对活细胞样本的投影显微图像进行采集包括：
控制装置控制图像传感器芯片以图像采集模式采集得到投影显微图像，以对活细胞样本的当前状态进行观测；或
控制装置控制图像传感器芯片以视频采集模式采集得到预设视频采集时间的若干投影显微图像，以对活细胞样本在预设视频采集时间的细胞变化情况进行观测。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (22)

1.一种活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，具体包括：
一细胞培养皿，用于承载活细胞样本和培养液；
一图像传感器芯片，所述图像传感器芯片的正面与所述细胞培养皿的底面贴合，所述图像传感器芯片正面设有一感光区且所述细胞培养皿底部设有暴露所述感光区的开口，所述图像传感器芯片用于记录所述活细胞样本的投影显微图像；
一光源装置，固定于所述图像传感器芯片上方，所述光源装置用于为所述活细胞样本成像提供光源；
一活细胞培养箱，用于放置所述细胞培养皿、所述图像传感器芯片和所述光源装置，并为所述活细胞样本提供生长繁殖环境；
一控制装置，分别连接所述图像传感器芯片和所述光源装置，用于控制所述图像传感器芯片和所述光源装置，并接收、处理和显示所述活细胞样本的所述投影显微图像。
2.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述细胞培养皿包括设有所述开口的底板以及底部围合所述底板的侧壁，且所述底板的厚度≤500μm，所述侧壁的厚度≤500μm。
3.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述细胞培养皿的制作材料为透明玻璃，或透明的有机聚合物。
4.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述细胞培养皿的底面通过AB胶或紫外胶粘贴固定在所述图像传感器芯片的正面形成封闭浅槽，以承载所述活细胞样本和所述培养液。
5.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述图像传感器芯片采用柔性印制电路板封装，且所述感光区周围的封装连接用金线采用芯片封装胶固定。
6.根据权利要求5所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述柔性印制电路板通过一软质排线外接一连接器公座，且所述控制装置上设有与所述连接器公座适配的一连接器母座，所述图像传感器芯片通过所述软质排线、所述连接器公座和所述连接器母座与所述控制装置建立连接。
7.根据权利要求6所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述软质排线的基材为以聚酰亚胺或聚酯薄膜，双面加电子屏蔽膜，形状为长条型，厚度≤100μm。
8.根据权利要求6所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述连接器公座设置于一连接器底板的背面，所述连接器底板的基材为PCB软硬复合板且正面加钢片补强。
9.根据权利要求8所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述连接器公座的基材为金属，且所述连接器公座上设有一长矩形沟槽，所述长矩形沟槽两侧均匀分布有两排连接器引脚。
10.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述图像传感器芯片采用半浮栅晶体管或复合介质栅光敏探测器作为感光像素单元。
11.根据权利要求10所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述图像传感器芯片的单个所述感光像素单元的尺寸≤500mm×500nm，所述图像传感器芯片的所述感光像素单元的数目≥4亿。
12.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述光源装置包括：
光源主板，所述光源主板上集成一红绿蓝三色LED光源；
若干可调节支架，分别固定于所述光源主板的朝向所述红绿蓝三色LED光源的一侧，各所述可调节支架用于支撑和固定所述光源主板并调节所述光源主板的照明高度。
13.根据权利要求12所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述红绿蓝三色LED光源通过一连接排线与所述控制装置连接，以通过所述控制装置控制所述红绿蓝三色LED光源的工作模式和照明亮度。
14.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述活细胞培养箱的外部设有保温层。
15.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述活细胞培养箱的内部设有一托盘，用于放置所述细胞培养皿、所述图像传感器芯片和所述光源装置。
16.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述活细胞培养箱内部设有温度控制器和气体控制器，通过所述温度控制器和所述气体控制器调节所述活细胞培养箱中的温度和气体浓度，为所述活细胞样本提供生长繁殖环境。
17.根据权利要求1所述的活细胞培养和实时观测系统，其特征在于，所述控制装置设置于所述活细胞培养箱的外部，所述活细胞培养箱的箱体背面设有小型通孔，用于供所述控制装置分别与所述图像传感器芯片和所述光源装置的连接走线。
18.一种活细胞培养和实时观测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-17中任意一项所述的活细胞培养和实时观测系统，所述活细胞培养和实时观测方法包括以下步骤：
步骤S1，将待培养和观测的活细胞和培养液接种至所述细胞培养皿内的所述图像传感器芯片的所述感光区上；
步骤S2，对所述活细胞培养箱进行培养环境设置，并将接种有所述活细胞和所述培养液的所述图像传感器芯片和所述细胞培养皿，以及所述光源装置放置于所述活细胞培养箱内，并接入所述控制装置；
步骤S3，所述控制装置控制所述光源装置开启，同时控制所述图像传感器芯片对所述活细胞样本的所述投影显微图像进行采集；
步骤S4，所述控制装置在采集结束后接收采集得到的所述投影显微图像，并对所述投影显微图像进行处理后显示。
19.根据权利要求18所述的活细胞培养和实时观测方法，其特征在于，执行所述步骤S1之前还包括：
对所述细胞培养皿、所述图像传感器芯片和所述光源装置进行灭菌处理，随后于所述细胞培养皿底部加促贴壁剂进行处理。
20.根据权利要求19所述的活细胞培养和实时观测方法，其特征在于，所述灭菌处理的处理方式包括采用紫外光照射和采用无水酒精浸泡。
21.根据权利要求18所述的活细胞培养和实时观测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述控制装置控制所述图像传感器芯片对所述活细胞样本的所述投影显微图像进行采集包括：
所述控制装置控制所述图像传感器芯片以图像采集模式采集得到所述投影显微图像，以对所述活细胞样本的当前状态进行观测；或
所述控制装置控制所述图像传感器芯片以视频采集模式采集得到预设视频采集时间的若干所述投影显微图像，以对所述活细胞样本在所述预设视频采集时间的细胞变化情况进行观测。
22.根据权利要求18所述的活细胞培养和实时观测方法，其特征在于，所述活细胞培养箱内设有温度控制器和气体控制器，所述步骤S2中，通过所述温度控制器和所述气体控制器对所述活细胞培养箱进行培养环境设置。
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