智能定量相位成像技術(shù)QPI在實(shí)時(shí)細(xì)胞研究的應(yīng)用
光學(xué)顯微鏡自誕生以來，一直是人類探索微觀世界的重要工具，在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用。然而，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡只能獲取樣品的平面性的信息，難以對(duì)透明樣品（如活體細(xì)胞）進(jìn)行高清成像。因此，研究人員迫切需要一種非標(biāo)記顯微技術(shù)，以便在自然狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)透明樣品的長期高清跟蹤觀察。
獨(dú)特的定量相位成像技術(shù)
定量相位成像 （Quantitative Phase Imaging, QPI）是一種針對(duì)透明樣品的無標(biāo)記成像技術(shù)，為活細(xì)胞的成像觀察帶來一種全新的高度，可以從未標(biāo)記的細(xì)胞樣本中獲取豐富的信息以及更多的定量數(shù)據(jù)。
QPI的原理是利用光在通過樣品時(shí)的相位變化與亮度之間的關(guān)系，測(cè)量樣品的折射（相位）特性，然后通過相關(guān)算法生成獨(dú)立的振幅與相位圖像，通過計(jì)算機(jī)軟件重建樣品圖像。因此，定量相位成像能夠在不添加任何外部試劑的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)無標(biāo)記樣本的安全、高分辨率成像，且定量反映被測(cè)樣品的相位信息，這有效克服了傳統(tǒng)化學(xué)染色方法所帶來的光漂白、毒性及數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。
Holomonitor成像系統(tǒng)
活細(xì)胞動(dòng)態(tài)全息定量成像分析系統(tǒng)Holomonitor采用獨(dú)特的數(shù)字全息術(shù)，實(shí)現(xiàn)了定量相位成像。該系統(tǒng)配備數(shù)字圖像傳感器、低功率二極管照明和完整的計(jì)算機(jī)算法，通過測(cè)量光線在穿過未染色細(xì)胞時(shí)方向的變化，從而量化細(xì)胞特性。由于沒有任何光會(huì)被細(xì)胞吸收而對(duì)細(xì)胞造成傷害，因此細(xì)胞完全不受影響。這使得Holomonitor能夠?qū)ε囵B(yǎng)箱中的細(xì)胞進(jìn)行無損成像、量化和長期監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)無標(biāo)記、無細(xì)胞毒性完成視野內(nèi)所有細(xì)胞的3D成像，能夠提供完整的細(xì)胞形態(tài)學(xué)參數(shù)的定量分析。
圖2.Holomonitor原理圖示
Holomonitor技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.高分辨率和高對(duì)比度
與傳統(tǒng)的成像方法，如相差顯微鏡（（phase contrast microscopy，PCM）相比，QPI能提供信息更豐富的細(xì)胞圖像。PCM通過將透明樣本引起的相位移轉(zhuǎn)換為振幅變化，獲得未標(biāo)記樣本的高對(duì)比度圖像。然而，這種方法僅能在二維空間中測(cè)量，要獲取空間體積信息，通常需要手動(dòng)沿光學(xué)軸掃描樣本。此外，PCM的定性特性可能限制一致性分析，來自不同用戶與成像系統(tǒng)變量的校準(zhǔn)問題，可能導(dǎo)致不一致和不可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖3.細(xì)胞相差圖像（左）和Holomonitor數(shù)字全息圖（右）
相較之下，Holomonitor系統(tǒng)獨(dú)特的QPI生成的細(xì)胞圖像可以明顯的與黑色背景區(qū)別開來，并且3D圖像也更加直觀與精準(zhǔn)。這種精準(zhǔn)且穩(wěn)定的對(duì)比使得計(jì)算機(jī)可以準(zhǔn)確的完成三維細(xì)胞成像，并且獲得包括厚度、面積在內(nèi)的多達(dá)30多種的全息成像所獨(dú)有的細(xì)胞表型特征數(shù)據(jù)。
2.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像
HoloMonitor系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初便注重緊湊性，使其能夠輕松放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中，并在高濕環(huán)境中長時(shí)間運(yùn)行。在無干擾的條件下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞動(dòng)態(tài)，既減少了對(duì)細(xì)胞的干擾，又提高了實(shí)驗(yàn)的效率。與傳統(tǒng)的“終點(diǎn)法”不同，HoloMonitor能夠?qū)崟r(shí)觀察細(xì)胞的遷移、分裂等動(dòng)態(tài)過程，這對(duì)于生物學(xué)研究和藥物篩選具有重要意義。
圖4.HoloMonitor內(nèi)置在培養(yǎng)箱內(nèi)實(shí)時(shí)觀測(cè)細(xì)胞
3.無標(biāo)記、無損成像
傳統(tǒng)顯微成像只能提供細(xì)胞的2D圖像，無法從3D層面來研究細(xì)胞的形態(tài)變化。并且傳統(tǒng)成像技術(shù)往往需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記或染色，而這些染料往往具有一定的毒性，會(huì)不同程度上影響細(xì)胞活動(dòng)，帶來錯(cuò)誤的研究數(shù)據(jù)和結(jié)果，同時(shí)被標(biāo)記過的細(xì)胞無法被重復(fù)利用于下游研究，造成細(xì)胞浪費(fèi)。
HoloMonitor采用了數(shù)字全息技術(shù)，在成像過程中無需對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色或其他處理，從而使細(xì)胞保持了原始活性和生物學(xué)功能。這種無標(biāo)記特性使得實(shí)驗(yàn)后獲得的細(xì)胞仍可繼續(xù)利用，不僅提高了實(shí)驗(yàn)效率，也有效節(jié)省了寶貴的細(xì)胞資源。因此,HoloMonitor在再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞治療領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
圖5.案例：無標(biāo)記細(xì)胞的死亡分類
目前，PHI公司正與維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）及再生醫(yī)學(xué)開發(fā)組織（ReMDO）密切合作，利用HoloMonitor系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建一個(gè)用于細(xì)胞質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的綜合性系統(tǒng)。此項(xiàng)目旨在提升細(xì)胞培養(yǎng)過程的效率和準(zhǔn)確性，以確保再生醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用的高標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。
圖6.QPI是細(xì)胞友好型細(xì)胞質(zhì)量控制的關(guān)鍵
4.強(qiáng)大的定量分析能力
傳統(tǒng)的終點(diǎn)法檢測(cè)，只能得到一個(gè)簡(jiǎn)單的終點(diǎn)結(jié)果，無法了解細(xì)胞的動(dòng)態(tài)過程，甚至失去一些重要信息，而導(dǎo)致不準(zhǔn)確或錯(cuò)誤的結(jié)論。HoloMonitor采用激光全息技術(shù)，能夠精確定位單個(gè)細(xì)胞，并提供完整的單細(xì)胞遷移軌跡、速率和多達(dá)30種細(xì)胞形態(tài)學(xué)參數(shù)。
圖7. 案例：HoloMonitor跟蹤單細(xì)胞運(yùn)動(dòng)
此外，用戶可以利用先前實(shí)驗(yàn)中捕獲的活細(xì)胞數(shù)據(jù)，通過軟件設(shè)置進(jìn)行重新分析，從中提取細(xì)胞動(dòng)態(tài)參數(shù)和繁殖速率等相關(guān)信息。這種方法使得一組細(xì)胞在單次實(shí)驗(yàn)中可以獲得多種應(yīng)用分析結(jié)果，從而顯著提高數(shù)據(jù)的利用效率。這些分析結(jié)果為再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞治療的應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)，有助于推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展與創(chuàng)新。通過深入挖掘數(shù)據(jù)，用戶能夠更好地理解細(xì)胞行為，進(jìn)一步優(yōu)化治療方案，提高治療效果和患者的恢復(fù)速度。
圖8.一次實(shí)驗(yàn)可獲得多種應(yīng)用數(shù)據(jù)
定量相位成像推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)研究
毫無疑問，QPI是一種無標(biāo)記活細(xì)胞成像不可或缺的方法，而Holomonitor代表了細(xì)胞成像技術(shù)的一次重要進(jìn)步。它不僅克服了傳統(tǒng)相差顯微鏡的局限性，還為生物醫(yī)學(xué)研究提供了更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和更廣泛的應(yīng)用前景。通過利用這一先進(jìn)的成像技術(shù)，我們能夠更深入地理解細(xì)胞生物學(xué)，為疾病機(jī)制研究和新藥開發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。
如您對(duì)HoloMonitor系統(tǒng)有任何疑問或需求，歡迎隨時(shí)與我們聯(lián)系。典奧生物科技將竭誠為您提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與支持。
獨(dú)特的定量相位成像技術(shù)
定量相位成像 （Quantitative Phase Imaging, QPI）是一種針對(duì)透明樣品的無標(biāo)記成像技術(shù)，為活細(xì)胞的成像觀察帶來一種全新的高度，可以從未標(biāo)記的細(xì)胞樣本中獲取豐富的信息以及更多的定量數(shù)據(jù)。
圖1.QPI的原理及優(yōu)勢(shì)
QPI的原理是利用光在通過樣品時(shí)的相位變化與亮度之間的關(guān)系，測(cè)量樣品的折射（相位）特性，然后通過相關(guān)算法生成獨(dú)立的振幅與相位圖像，通過計(jì)算機(jī)軟件重建樣品圖像。因此，定量相位成像能夠在不添加任何外部試劑的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)無標(biāo)記樣本的安全、高分辨率成像，且定量反映被測(cè)樣品的相位信息，這有效克服了傳統(tǒng)化學(xué)染色方法所帶來的光漂白、毒性及數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。
Holomonitor成像系統(tǒng)
活細(xì)胞動(dòng)態(tài)全息定量成像分析系統(tǒng)Holomonitor采用獨(dú)特的數(shù)字全息術(shù)，實(shí)現(xiàn)了定量相位成像。該系統(tǒng)配備數(shù)字圖像傳感器、低功率二極管照明和完整的計(jì)算機(jī)算法，通過測(cè)量光線在穿過未染色細(xì)胞時(shí)方向的變化，從而量化細(xì)胞特性。由于沒有任何光會(huì)被細(xì)胞吸收而對(duì)細(xì)胞造成傷害，因此細(xì)胞完全不受影響。這使得Holomonitor能夠?qū)ε囵B(yǎng)箱中的細(xì)胞進(jìn)行無損成像、量化和長期監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)無標(biāo)記、無細(xì)胞毒性完成視野內(nèi)所有細(xì)胞的3D成像，能夠提供完整的細(xì)胞形態(tài)學(xué)參數(shù)的定量分析。
圖2.Holomonitor原理圖示
Holomonitor技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.高分辨率和高對(duì)比度
與傳統(tǒng)的成像方法，如相差顯微鏡（（phase contrast microscopy，PCM）相比，QPI能提供信息更豐富的細(xì)胞圖像。PCM通過將透明樣本引起的相位移轉(zhuǎn)換為振幅變化，獲得未標(biāo)記樣本的高對(duì)比度圖像。然而，這種方法僅能在二維空間中測(cè)量，要獲取空間體積信息，通常需要手動(dòng)沿光學(xué)軸掃描樣本。此外，PCM的定性特性可能限制一致性分析，來自不同用戶與成像系統(tǒng)變量的校準(zhǔn)問題，可能導(dǎo)致不一致和不可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖3.細(xì)胞相差圖像（左）和Holomonitor數(shù)字全息圖（右）
相較之下，Holomonitor系統(tǒng)獨(dú)特的QPI生成的細(xì)胞圖像可以明顯的與黑色背景區(qū)別開來，并且3D圖像也更加直觀與精準(zhǔn)。這種精準(zhǔn)且穩(wěn)定的對(duì)比使得計(jì)算機(jī)可以準(zhǔn)確的完成三維細(xì)胞成像，并且獲得包括厚度、面積在內(nèi)的多達(dá)30多種的全息成像所獨(dú)有的細(xì)胞表型特征數(shù)據(jù)。
2.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像
HoloMonitor系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初便注重緊湊性，使其能夠輕松放入細(xì)胞培養(yǎng)箱中，并在高濕環(huán)境中長時(shí)間運(yùn)行。在無干擾的條件下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞動(dòng)態(tài)，既減少了對(duì)細(xì)胞的干擾，又提高了實(shí)驗(yàn)的效率。與傳統(tǒng)的“終點(diǎn)法”不同，HoloMonitor能夠?qū)崟r(shí)觀察細(xì)胞的遷移、分裂等動(dòng)態(tài)過程，這對(duì)于生物學(xué)研究和藥物篩選具有重要意義。
圖4.HoloMonitor內(nèi)置在培養(yǎng)箱內(nèi)實(shí)時(shí)觀測(cè)細(xì)胞
3.無標(biāo)記、無損成像
傳統(tǒng)顯微成像只能提供細(xì)胞的2D圖像，無法從3D層面來研究細(xì)胞的形態(tài)變化。并且傳統(tǒng)成像技術(shù)往往需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記或染色，而這些染料往往具有一定的毒性，會(huì)不同程度上影響細(xì)胞活動(dòng)，帶來錯(cuò)誤的研究數(shù)據(jù)和結(jié)果，同時(shí)被標(biāo)記過的細(xì)胞無法被重復(fù)利用于下游研究，造成細(xì)胞浪費(fèi)。
HoloMonitor采用了數(shù)字全息技術(shù)，在成像過程中無需對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色或其他處理，從而使細(xì)胞保持了原始活性和生物學(xué)功能。這種無標(biāo)記特性使得實(shí)驗(yàn)后獲得的細(xì)胞仍可繼續(xù)利用，不僅提高了實(shí)驗(yàn)效率，也有效節(jié)省了寶貴的細(xì)胞資源。因此,HoloMonitor在再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞治療領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
圖5.案例：無標(biāo)記細(xì)胞的死亡分類
目前，PHI公司正與維克森林再生醫(yī)學(xué)研究所（WFIRM）及再生醫(yī)學(xué)開發(fā)組織（ReMDO）密切合作，利用HoloMonitor系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建一個(gè)用于細(xì)胞質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的綜合性系統(tǒng)。此項(xiàng)目旨在提升細(xì)胞培養(yǎng)過程的效率和準(zhǔn)確性，以確保再生醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用的高標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量。
圖6.QPI是細(xì)胞友好型細(xì)胞質(zhì)量控制的關(guān)鍵
4.強(qiáng)大的定量分析能力
傳統(tǒng)的終點(diǎn)法檢測(cè)，只能得到一個(gè)簡(jiǎn)單的終點(diǎn)結(jié)果，無法了解細(xì)胞的動(dòng)態(tài)過程，甚至失去一些重要信息，而導(dǎo)致不準(zhǔn)確或錯(cuò)誤的結(jié)論。HoloMonitor采用激光全息技術(shù)，能夠精確定位單個(gè)細(xì)胞，并提供完整的單細(xì)胞遷移軌跡、速率和多達(dá)30種細(xì)胞形態(tài)學(xué)參數(shù)。
圖7. 案例：HoloMonitor跟蹤單細(xì)胞運(yùn)動(dòng)
此外，用戶可以利用先前實(shí)驗(yàn)中捕獲的活細(xì)胞數(shù)據(jù)，通過軟件設(shè)置進(jìn)行重新分析，從中提取細(xì)胞動(dòng)態(tài)參數(shù)和繁殖速率等相關(guān)信息。這種方法使得一組細(xì)胞在單次實(shí)驗(yàn)中可以獲得多種應(yīng)用分析結(jié)果，從而顯著提高數(shù)據(jù)的利用效率。這些分析結(jié)果為再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞治療的應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)，有助于推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展與創(chuàng)新。通過深入挖掘數(shù)據(jù)，用戶能夠更好地理解細(xì)胞行為，進(jìn)一步優(yōu)化治療方案，提高治療效果和患者的恢復(fù)速度。
圖8.一次實(shí)驗(yàn)可獲得多種應(yīng)用數(shù)據(jù)
定量相位成像推進(jìn)生物醫(yī)學(xué)研究
毫無疑問，QPI是一種無標(biāo)記活細(xì)胞成像不可或缺的方法，而Holomonitor代表了細(xì)胞成像技術(shù)的一次重要進(jìn)步。它不僅克服了傳統(tǒng)相差顯微鏡的局限性，還為生物醫(yī)學(xué)研究提供了更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)和更廣泛的應(yīng)用前景。通過利用這一先進(jìn)的成像技術(shù)，我們能夠更深入地理解細(xì)胞生物學(xué)，為疾病機(jī)制研究和新藥開發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。
如您對(duì)HoloMonitor系統(tǒng)有任何疑問或需求，歡迎隨時(shí)與我們聯(lián)系。典奧生物科技將竭誠為您提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)與支持。
標(biāo)簽：
HoloMonitor
全息成像
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