基於光鉗系統之顯微影像觀測系統之設計與研發

Abstract

隨著生醫技術的不斷發展，生物資訊的獲得與分析漸漸的受到大家的注意與重視，顯微影像 技術可說是觀察與獲取生物資訊的一個重要媒介，生物與醫學專家透過顯微影像的取得得以分析 生物細胞的生理與物理特性。然而，一般的顯微影像研究都是需要人工的觀察與記錄往往相當費 時，如能與影像處理技術相結合併配合自動化控制技術來建立一個自動化監控、觀察、記錄與分 析系，這個系統將能提供生物醫療研究更有效率的研究方法。利用光鉗(Optical tweezer)的技術可 以輕易的操控微米級的物體，如塑膠微粒、玻璃球、微生物細胞、病毒…等，而此操作工具的主 要優點為非接觸性與非侵入性，只要光鉗使用的雷射光波長範圍內的吸收係數夠小，被箝物體就 不會被破壞，這樣的特性可以被使用在生物細胞物理特性分析的研究上。 本子計畫目標為:(一)自動化生物細胞觀測記錄系統之研發(二)協助整合光鉗系統(三)完成光 鉗系統的應用例-神經細胞的行為觀測。在自動化生物細胞觀測記錄系統之研發中，運用影像前處 理可以消除雜訊與光源所產生不均勻背景的現象，並利用生物細胞辨識及分割技術可以計算細胞 數量與特定細胞移動軌跡之追蹤。透過神經細胞定位與軸突生長追蹤的結果，可以繪出神經元網 路的結構與記錄細胞生長的方式。研究細胞結構與特性分析，設計資料記錄方式及影像壓縮儲存 技術，以利於系統長期監控與記錄。在協助整合光鉗系統中，本計畫藉由影像定位的技術，提供 XYZ 三軸平台迴授控制的參考資訊。利用影像自動對焦技術，提供液態變焦鏡頭的焦點校正，同 時可協助判斷液態變焦鏡頭聚焦成像的正確性。在目前光鉗系統中，以往都是以肉眼來觀察被箝 物體是否被箝住，而本計畫將發展確認光鉗系統是否箝住目標物的技術，來實現自動光鉗操作系 統。本計畫的最後目標為完成光鉗系統於神經細胞的行為觀測，影像觀測系統能提供自動化及精 確的光鉗操作環境與滿足長時間神經細胞生長觀測的需求。