(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210680633.6 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区双清路3 0号清 华大学清华园北京 100084-82信箱 (72)发明人 林峰　盖可　宋宇　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 梁军丽 (51)Int.Cl. G06V 10/147(2022.01) H04N 5/225(2006.01) G02B 21/00(2006.01) G01N 21/64(2006.01) G01N 15/14(2006.01)C12N 15/867(2006.01) C12N 15/65(2006.01) C12N 5/10(2006.01) (54)发明名称 基于细胞相变的感光成像装置及其信息存 储方法 (57)摘要 本发明涉及感光 成像领域， 提供一种基于细 胞相变的感光成像装置及其信息存储 方法。 感光 成像装置包括感光相变单元、 相变检测单元和图 像还原单元。 感光相变单元包括感光相变细胞 层、 环境基质和封装外壳， 感光相变细胞层由多 个含有重组光敏相变蛋白的感光相变细胞组成。 环境基质以及感光相变细胞层均被封装在封装 外壳中。 相变检测单元检测感光相变单元在目标 图像的光强信息下产生的细胞相变信息。 图像还 原单元将细胞相变信息还原为光强信息， 并将光 强信息转变为灰度信息， 以得到目标图像。 根据 本发明的感光成像装置， 通过感光相变细胞在光 照下的相变特性实现感光 成像， 以天然生命材料 为基础， 无需使用结合硅电路即可重复使用， 绿 色环保。 权利要求书3页 说明书14页 附图3页 CN 115294316 A 2022.11.04 CN 115294316 A 1.一种基于细胞相变的感光成像装置， 其特 征在于， 包括： 感光相变单元， 包括感光相变细胞层、 环境基质和封装外 壳， 所述感光相变细胞层包括 多个含有重组光敏相变蛋白的感光相变细胞， 所述感光相变细胞适于在光照下发生相变并 将光强信息转变为细胞相变信息； 所述环境基质适于为所述感光相变细胞提供合适的生存 环境， 所述环境基质和所述感光相变细胞层被封装在所述封装外壳 内； 相变检测单元， 用于检测所述感光相变单元在目标图像的光强信 息下产生的细胞相变 信息； 图像还原单元， 内部储存有不同曝光时间下细胞相变信息与光照强度的对应关系， 所 述图像还原单元用于将所述相变检测单元检测到的细胞相变信息还原为光强信息， 并将光 强信息转变为灰度信息， 以得到所述目标图像。 2.根据权利要求1所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所述感光相变单 元还包括像素划分井， 所述像素划分井为井状立体结构， 所述像素划分井形成有多个相互 独立的网格空间； 所述感光相变细胞层的感光相变细胞均匀分布在各个所述网格空间内， 每个所述网格 空间内均填充有所述环境基质， 所述感光相变细胞层、 所述环境基质和所述像素划分井均 被封装在所述封装外壳 内； 所述感光相变单元具体用于将所述目标图像的光强信息转变为所述像素划分井中每 个网格空间内感光相变细胞的细胞相变信息； 所述相变检测单元具体用于检测所述像素划 分井中每个网格空间内感光相变细胞的细胞相变信息； 所述图像还原单元具体用于将所述 相变检测单元检测到的每个网格空间内感光相 变细胞的细胞相 变信息还原为每个网格空 间处的光强信息 。 3.根据权利要求2所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所述重组光敏相 变蛋白为将光敏蛋白和内在无序蛋白域对应的碱基序列组合， 通过质粒或慢病毒作为载 体， 转染到细胞内表达构建所 形成的蛋白； 所述相变检测单元包括明场显微镜， 所述明场显微镜用于对感光相变细胞进行拍照得 到明场图像， 所述明场图像内感光相变细胞的相变团聚部 分的单位面积平均灰度值即为细 胞相变信息 。 4.根据权利要求2所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所述重组光敏相 变蛋白为将光敏蛋白、 荧光蛋白和内在无序蛋白域对应的碱基序列 组合， 通过质粒或慢病 毒作为载体， 转染到细胞内表达构建所 形成的蛋白； 所述相变检测单元包括荧光显微镜， 所述荧光显微镜用于对感光相变细胞进行拍照以 得到荧光图像， 所述荧光图像内感光相变细胞的相变团聚部分的单位面积荧光强度即为细 胞相变信息 。 5.根据权利要求3或4所述的一种基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所述图 像还原单元内储存的不同曝光时间下感光相 变细胞的细胞相 变信息与光照 强度的对应关 系通过预实验确定 。 6.根据权利要求3或4所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所述光敏蛋 白包括拟南芥 Cry2蛋白或人C hR2蛋白， 所述内在无序蛋白域包括FUS、 D DX4或HNRNPA1。 7.根据权利要求1至4中任一项所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115294316 A 2述感光相变细胞层还 包括感光 性能增强件； 所述感光性能增强件包括独立于感光相变细胞之外的光敏蛋白、 上转化纳米颗粒或金 属纳米颗粒。 8.根据权利要求2至4中任一项所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所 述像素划分井和所述封装外壳均通过增材制造方法制备而成。 9.根据权利要求2至4中任一项所述的基于细胞相变的感光成像装置， 其特征在于， 所 述像素划分井的单个网格空间的长宽尺 寸范围为10 μm ×10 μm至200 μm ×200 μm， 且深度范围 为100 μm至500 μm。 10.一种基于权利要求2至9中任一项所述的基于细胞相变的感光成像装置的信 息存储 方法， 其特 征在于， 包括： 基于所述感光相变细胞的检测限和相变灵敏度， 获取多个不同的光照强度， 并依据预 设编码原则对多个光照强度进 行编码， 以得到光照强度与编码之间的标准对应表； 其中， 所 述感光相变细胞的检测限和相变灵敏度基于预实验获取； 按照所述预设编码原则对待存储信 息进行编码， 以得到所述待存储信 息所对应的编码 集合； 根据所述标准对应表， 获取 所述编码集 合所对应的光照强度集 合； 利用所述光照强度集合内的光照照射所述感光相变细胞， 以获取所述感光相变细胞的 相变信息， 将所述待存储信息存储为所述感光相变细胞的相变信息， 其中， 所述光照强度集 合内的每 个光照强度均对应照射所述像素划分井内的一个网格空间内的感光相变细胞。 11.根据权利要求10所述的基于细胞相变的感光成像装置的信息存储方法， 其特征在 于， 所述待存 储信息包括待存 储图像； 所述按照所述预设编码原则对待存储信 息进行编码， 以得到所述待存储信 息所对应的 编码集合的步骤， 具体包括： 根据所述像素划分井内网格空间的分布， 分割待存 储图像的像素； 计算待存储图像 内每个像素的灰度平均值， 并按照所述预设编码原则对每个像素内的 灰度平均值进行编码， 以得到所述编码集 合。 12.根据权利要求10所述的基于细胞相变的感光成像装置的信息存储方法， 其特征在 于， 所述基于所述感光相变细胞的检测限和相变灵敏度， 获取多个不同的光照强度， 并依据 预设编码原则对多个光照强度进行编码， 以得到光照强度与编码之间的标准对应表的步 骤， 具体包括； 在所述感光相变细胞的检测限所包括的光照强度 范围内， 基于所述感光相变细胞的相 变灵敏度划分光照强度梯度， 其中， 所述感光相变细胞的检测限和相变灵敏度基于预实验 获取； 在所述光照强度范围内， 基于所述光照强度梯度划分多个不同的光照强度， 并依据预 设编码原则对多个光照强度进行编码， 以得到光照强度与编码之间的标准对应表。 13.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算 机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述程序时实现如权利要求9至12任一项 所述的基于 细胞相变的感光成像装置的信息存 储方法。 14.一种非暂态计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 该计算机权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115294316 A 3