在生命科學(xué)研究向精準(zhǔn)化、高通量轉(zhuǎn)型的當(dāng)下,高內(nèi)涵篩選(HCS)已成為藥物研發(fā)、細胞生物學(xué)、類器官研究等領(lǐng)域的核心技術(shù)。橫河電機依托數(shù)十年共聚焦技術(shù)積累,推出的CellVoyager系列高內(nèi)涵篩選平臺,以“高效成像、精準(zhǔn)解析、智能賦能”為核心,重構(gòu)了高內(nèi)涵篩選的技術(shù)邊界,為科研機構(gòu)、藥企及生物科技企業(yè)提供了從基礎(chǔ)研究到藥物篩選的全流程解決方案。

一、核心技術(shù)底座:雙轉(zhuǎn)盤共聚焦技術(shù)的進化
橫河CellVoyager系列的核心競爭力,源于其研發(fā)的微透鏡增強型雙Nipkow轉(zhuǎn)盤共聚焦技術(shù)(CSU)。與傳統(tǒng)共聚焦系統(tǒng)相比,該技術(shù)將光利用率提升至70%,實現(xiàn)了“高速成像與高畫質(zhì)”的平衡,解決了傳統(tǒng)篩選中“效率與質(zhì)量不可兼得”的行業(yè)痛點。
其工作原理通過雙轉(zhuǎn)盤協(xié)同運作實現(xiàn):包含約20000個針孔的Nipkow旋轉(zhuǎn)盤負責(zé)光束掃描,配套的微透鏡旋轉(zhuǎn)盤則將激發(fā)激光精準(zhǔn)聚焦至每個針孔,雙轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)下實現(xiàn)多點同步掃描,每秒可完成數(shù)萬次光信號采集,既保證了成像速度,又大幅降低了光漂白與光毒性對活細胞的損傷,為長期活細胞追蹤和3D樣本分析提供了安全保障。
基于這一核心技術(shù),CellVoyager系列打造了三大差異化機型,覆蓋不同規(guī)模與場景需求:
1.旗艦級CV8000:定位高通量篩選,配備5個全固態(tài)激光器(405/445/488/561/640nm)、最多4臺sCMOS高靈敏度相機,支持96孔板四色成像1分鐘內(nèi)完成,可兼容384孔、1536孔微孔板及載玻片,適配復(fù)雜表型篩選與長期活細胞動態(tài)監(jiān)測。其搭載的40x/60x水浸物鏡經(jīng)過球面像差校正,能在液體環(huán)境中捕捉超高清細胞細節(jié),信號強度較傳統(tǒng)空氣物鏡提升4倍,為低豐度生物標(biāo)志物檢測提供了可能。
2.桌面型CQ1:主打緊湊型高精度成像,采用微透鏡雙轉(zhuǎn)盤技術(shù),在節(jié)省空間的同時實現(xiàn)媲美專業(yè)共聚焦顯微鏡的成像質(zhì)量。配備4波長固態(tài)激光,深層組織穿透能力強,特別適合類器官、球狀體等3D樣本的高分辨率成像,以及藥篩早期的小規(guī)模精準(zhǔn)驗證,是實驗室常規(guī)檢測與小型研發(fā)項目的理想選擇。
3.中端新銳CQ3000:2024年推出的升級機型,聚焦“高效與靈活”的平衡。優(yōu)化的載物臺控制與自動對焦功能實現(xiàn)高速微孔板成像,可選雙相機與寬場成像模式進一步縮短采集時間;高精度溫控系統(tǒng)(35~39℃,穩(wěn)定性±0.2℃)支持長期活細胞培養(yǎng)觀察,適配再生醫(yī)學(xué)、藥物研發(fā)的中通量篩選需求。
二、高效篩選:全流程自動化,突破效率瓶頸
橫河CellVoyager系列通過“硬件自動化+流程智能化”,構(gòu)建了端到端的高效篩選體系,將科研人員從繁瑣操作中解放,大幅提升研發(fā)效率。
1.多維度高通量采集
多通道并行成像:最多支持4相機同步采集、5激光多波長激發(fā),可同時檢測20+項細胞參數(shù),包括細胞形態(tài)、蛋白表達、鈣離子濃度、細胞毒性等,實現(xiàn)“一次實驗,多維數(shù)據(jù)”,避免傳統(tǒng)方法多次實驗的資源消耗。
全樣本兼容:覆蓋6/12/24/96/384/1536孔微孔板及載玻片,支持2D單層細胞、3D類器官、活細胞動態(tài)樣本等全類型樣品,無需更換設(shè)備即可適配不同研發(fā)階段需求。
高速成像能力:旗艦機型CV8000每小時可篩查超2000個孔位,每秒檢測5個樣本,在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下,將傳統(tǒng)篩選周期縮短50%以上,加速藥物候選分子的篩選進程。
2.全流程自動化賦能
智能環(huán)境控制:內(nèi)置高精度培養(yǎng)箱,支持CO?濃度(5%)與溫度精準(zhǔn)調(diào)控,可實現(xiàn)長達數(shù)天的活細胞延時成像,完整捕捉細胞增殖、分化、凋亡等動態(tài)過程,還原真實生理狀態(tài)。
自動移液與校準(zhǔn):可選配內(nèi)置機器人移液器,自動完成吸頭安裝、試劑吸排、樣本更換等操作,減少人工干預(yù)帶來的誤差;激光+圖像雙模式自動對焦,確保不同孔位、不同樣本的成像一致性。
開放式兼容:支持與外部自動化工作站、移液機器人無縫對接,構(gòu)建全流程無人值守篩選系統(tǒng),適配大規(guī)模藥物篩選的產(chǎn)業(yè)化需求。
三、精準(zhǔn)解析:多維數(shù)據(jù)建模,解鎖生物真相
高效篩選的核心價值在于“精準(zhǔn)獲取有意義的數(shù)據(jù)”。橫河CellVoyager系列通過“高清成像+智能分析”雙輪驅(qū)動,實現(xiàn)從圖像到生物結(jié)論的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。
1.超高清成像保障數(shù)據(jù)質(zhì)量
高靈敏度光學(xué)系統(tǒng):搭載sCMOS相機(有效像素2000×2000,像素尺寸6.5μm),光靈敏度很高,可捕捉微弱熒光信號,即使低表達量生物標(biāo)志物也能精準(zhǔn)識別。
多樣本適配成像:水浸物鏡適配液體環(huán)境細胞成像,長工作距離物鏡兼容厚樣本(如類器官),結(jié)合雙轉(zhuǎn)盤共聚焦技術(shù),實現(xiàn)3D樣本的層切成像與三維重建,還原細胞真實結(jié)構(gòu)。
低損傷成像特性:優(yōu)化的光劑量控制技術(shù),將光毒性與光漂白降至較低,特別適合原代細胞、敏感細胞及活細胞長期追蹤,確保實驗結(jié)果的真實性與可重復(fù)性。
2.智能分析軟件賦能深度解讀
配套的CellPathfinder高內(nèi)涵分析軟件,是解鎖數(shù)據(jù)價值的核心工具,實現(xiàn)了“從圖像到結(jié)論”的全流程智能化:
AI驅(qū)動精準(zhǔn)識別:集成深度學(xué)習(xí)與機器學(xué)習(xí)算法,可自動完成細胞、細胞核、細胞器的精準(zhǔn)分割,識別細胞形態(tài)變化、標(biāo)志物表達差異等復(fù)雜表型,識別準(zhǔn)確率達98%以上,解決傳統(tǒng)人工分析主觀性強、效率低的問題。
無標(biāo)記分析能力:依托明場成像與AI算法,無需熒光標(biāo)記即可完成細胞計數(shù)、形態(tài)分析,避免標(biāo)記物對細胞生理功能的干擾,尤其適合藥物作用機制研究與活細胞動態(tài)監(jiān)測。
全場景分析模板:內(nèi)置顆粒分析、神經(jīng)突分析、核形態(tài)分析、膜轉(zhuǎn)位分析等20+類標(biāo)準(zhǔn)模板,同時支持自定義分析協(xié)議,新手可快速上手,專家可定制復(fù)雜分析流程,適配不同研究方向。
3D樣本深度解析:支持類器官、球狀體等3D樣本的三維重建與定量分析,可精準(zhǔn)測量球體體積、直徑、細胞分布密度等參數(shù),為腫瘤研究、器官芯片開發(fā)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
四、智能升級:全生命周期適配,賦能持續(xù)創(chuàng)新
橫河CellVoyager系列不僅是一套篩選設(shè)備,更是一套“可持續(xù)進化”的智能解決方案,通過模塊化設(shè)計與智能化功能,適配科研與研發(fā)的全生命周期需求。
1.模塊化架構(gòu),靈活擴展
系統(tǒng)采用開放式模塊化設(shè)計,支持按需升級:可新增激光器擴展檢測通道,加裝相機提升成像靈敏度,選配Uniformizer圖像均一化模塊優(yōu)化成像質(zhì)量,甚至可升級SoRa超分辨率模塊,實現(xiàn)亞細胞結(jié)構(gòu)的超高清觀測,充分保護用戶前期投入。
2.智能化運維,降低使用門檻
智能診斷與維護:內(nèi)置自診斷功能,實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài),提前預(yù)警潛在故障,減少停機時間;配套遠程技術(shù)支持,快速解決用戶操作與技術(shù)難題。
數(shù)據(jù)安全與協(xié)作:支持多級權(quán)限管理,保障實驗數(shù)據(jù)安全;兼容云端存儲與遠程數(shù)據(jù)傳輸,便于多地團隊協(xié)作分析,加速研發(fā)進程。
輕量化操作體驗:配備直觀的交互式操作界面,支持參數(shù)實時調(diào)節(jié)與實驗監(jiān)控,無需專業(yè)編程背景即可完成實驗設(shè)計,大幅降低技術(shù)門檻。
五、核心應(yīng)用場景:覆蓋全領(lǐng)域研發(fā)需求
橫河CellVoyager系列高內(nèi)涵篩選平臺憑借其高效、精準(zhǔn)、智能的特性,已廣泛應(yīng)用于多個核心領(lǐng)域,成為生命科學(xué)研發(fā)的“核心引擎”:
1.藥物研發(fā)與篩選:從高通量藥物分子初篩,到候選藥物的活性驗證、毒性評估,再到作用機制解析,全流程覆蓋,加速新藥研發(fā)進程,降低研發(fā)成本。
2.細胞生物學(xué)研究:細胞增殖、分化、凋亡、遷移等動態(tài)過程追蹤,細胞信號通路分析,原代細胞、干細胞功能驗證,為細胞治療提供技術(shù)支撐。
3.類器官與3D模型研究:類器官發(fā)育、形態(tài)建成、藥物反應(yīng)分析,腫瘤類器官建模與個性化藥物篩選,模擬人體生理微環(huán)境,提升實驗結(jié)果的臨床轉(zhuǎn)化價值。
4.毒理學(xué)評價:藥物、化學(xué)品的細胞毒性、器官毒性評估,精準(zhǔn)檢測多器官損傷風(fēng)險,為安全性評價提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
5.再生醫(yī)學(xué):干細胞分化誘導(dǎo)效率評估,組織工程支架生物相容性檢測,助力再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的研發(fā)與臨床轉(zhuǎn)化。
六、以技術(shù)創(chuàng)新,引高內(nèi)涵篩選新時代
橫河電機CellVoyager系列高內(nèi)涵篩選平臺,以雙轉(zhuǎn)盤共聚焦技術(shù)為核心,以全流程自動化、精準(zhǔn)化分析、智能化升級為支撐,契合“高效、精準(zhǔn)、智能”的新一代篩選需求。無論是追求高通量的藥企研發(fā)中心,還是聚焦精準(zhǔn)研究的高校實驗室,亦或是開展類器官研究的科研團隊,都能找到適配的解決方案。
橫河電機將持續(xù)深耕高內(nèi)涵篩選技術(shù),不斷優(yōu)化硬件性能與軟件算法,以更智能、更高效、更精準(zhǔn)的解決方案,助力全球生命科學(xué)研究與藥物創(chuàng)新,推動精準(zhǔn)醫(yī)療與再生醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展。
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