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清华大学
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超高速流式成像分析仪

2021-05-08 17:30:43
云上高博会 https://heec.cahe.edu.cn
所属领域:
生物、医药及医疗机械
项目成果/简介:

高速细胞检测一直是生物、医学领域非常有挑战性的工作,而流式细胞检测以其较大的 检测通量成为高速细胞检测的首选方案。本成果超高速流式成像分析仪灵活运用了高速光纤通信、微波光子技术及光信号处理技术,结合高速数据处理和生物医学技术,实现了对传统 细胞成像速度的巨大突破。与此同时,在获取了海量的细胞图像之后,根据具体应用的需求 进行快速数据压缩、人工智能图像分类处理、细胞特征提取等操作。通过细胞图像获取每一 个细胞的核心参数,从而将复杂的生物学现象(细胞)快速转换为直观可读的信息呈现形式, 为细胞特性的分析以及疾病的诊断提供第一手的,准确的资料。

创始团队基本来自于清华大学,拥有雄厚的研发能力,并与北京大学、武汉大学、东京 大学、加州大学洛杉矶分校、北京天坛医院实验室等知名高校及科研机构建立项目合作。同时获得天使轮投资,拥有发明专利两项,并获得第二十二届全国发明展览会—金奖,第十二届北京发明创新大赛—金奖,受到业内一致好评。

超高速流式成像分析仪是数字显微技术、微流体力学和图像处理技术的综合应用,用于自动分析颗粒或液体中的悬浮细胞。当样品流过检测区时,仪器会捕捉样品的影像,影像中的每个颗粒将被分析,生成关于颗粒的数量、尺寸、透明度、形态等方面的数据。也能用于实时分析颗粒的动态过程。形态分析软件还可用于分析特殊形态的颗粒,或者用于分离一些 亚颗粒群体。该成像仪器利用高速重复频率的激光脉冲作为主动照明光源,利用时空频映射 对成像区域进行频分扫描,该扫描完全利用光源本身的光谱特性实现,没有使用机械或电子 的扫描装置,因此可以大大提升扫描成像的速度。目前实现了超高速成像仪的帧率可以达到 1 百万帧/秒至 20 亿帧/秒的帧率,可以连续记录 10 万帧以上的影像数据,成像分辨率小于1 微米,可以连续观察非周期性的无规律的偶发事件。

应用范围:

在应用方面,已经进行了超高速无标 记流式细胞成像实验,可以实现对血液细胞当中的早期癌细胞(CTC)进行高精度高通量的 筛查,成像通量超过 100 万细胞/秒,是目前常用的流式细胞仪的 1000 倍。另外,在高速气溶胶(PM2.5、PM10)成像机制上也进行了应用,可以实现气溶胶喷口速度在 10 米/秒的情 况下进行颗粒成像,目前国际上还没有类似的仪器出现。

项目阶段:

2016 年 12 月进行全血采集,成功筛选出粒径在 11.48 微米-13.64 微米范围内的特异细 胞,并进行了相应细胞的分类与成像。在光电子技术、集成光电子芯片、光谱信息处理与传 感方面形成了雄厚的技术积累,发表高水平学术论文 50 余篇,2016 年 Versatile Wideband Polarization-Insensitive Mode Converter Based on 论文在 IEEE 光子学杂志发表,2017 年 2 月 在 IEEE 光子学杂志发表了 High-Speed Compressive Microscopy of Flowing Cells Using Sinusoidal。

效益分析:

超高速激光扫描显微成像仪拥有传统检测仪器不具备的特殊功能,通过高速成像,获取传统仪器无法得到的信息,解决多个交叉领域的关键问题。同时还具有以下优势:

1 提供高分辨率的细胞图像。

2  对细胞无毒副作用,经过检测的细胞可以用于后续的分析和研究,提取多维度特征。

3 快速高效,通量大,灵敏度高。

4 检测 CTC 准确性优于 ctDNA 检测,且在药理研究方面也有很大的市场。

知识产权类型:
其他
技术成熟度:
可以量产
技术先进程度:
达到国内领先水平
成果获得方式:
独立研究
获得政府支持情况:
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