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细胞生物学研究的迅速发展对细胞的显微观测手段提出了新的需求,现如今,对活细胞生长过程的实时观测与长时记录已成为生物基础研究及应用研究领域一项关键的实验技术。然而,具备此类观测功能的显微仪器却遍地难寻。其技术瓶颈在于传统光学显微镜采用固定科勒照明下的明场成像方式,无法直接观察到未染色活细胞。且其无法为细胞提供生长所必须的体外培养环境,也就难以实现对细胞在活性状态下的观察。针对上述问题,我们开发了一套培养箱内置式细胞动态三维显微成像系统,命名为Cellmonitor。其由显微镜整机及配套操作软件两部分组成。其采用照明孔径、角度灵活可调的可编程LED阵列作为显微照明光源,使得Cellmonitor于同一系统下实现明场、暗场、莱茵伯格成像等多模式成像功能;通过自主开发的最优照明模式下的差分相衬定量相位成像算法,配合LED阵列对样品的编码照明,Cellmonitor于非干涉条件下实现了对未染色细胞等样品的实时定量三维成像;设备采用独创的小型化显微成像系统设计,可直接内置于细胞培养箱,通过软件对箱内细胞的形态发育过程进行长期稳定的观测;软件集成细胞分割计数等图像分析功能,使得设备可高效地实现对生长状态下活细胞的多维度图像采集与生长参数分析。本文完成系统成像算法设计、光学设计、机械结构设计、硬件驱动开发、操作软件开发,以形成高完成度的整套设备。最后采用Hela细胞等样品对系统功能及性能进行了测试以验证其可靠性。