便携式智能化高通量细胞分析仪

细胞分析对生物医药科研实验、临床医学、药物筛选、生物分类等领域有着 重大意义。在生物分类研究中，细胞分类学利用细胞学特征进行生物分类，通过 细胞分类可以解决常规形态分类难以解决的问题。在免疫疾病的诊断中，人们区 分间接免疫荧光方法下细胞的染色模式，以诊断系统性自身免疫性疾病。在癌症 诊断领域，血液循环癌细胞对癌症的诊断评估和个性化治疗预后十分重要，从血 液中区分和发现癌细胞的技术在这里得到应用。在藻类生质燃料领域，研究员需 要区分含脂量高和含脂量低的藻类，以达到培育含脂量更高的藻类的目的。

当前一种有效的细胞分析是通过流式细胞仪实现的。流式细胞仪采集光散射信号，需要对待测细胞进行染色后才能进行测量，同时为了减少自发荧光干扰、 提高信噪比，在染料、激光和滤片光学系统的选择上也需要进行考量。其次，流 式细胞仪的流动室中有样品管与鞘液管，鞘液由鞘液管从四周流向喷孔，包围在 样品外周后从喷嘴射出，由于鞘液的作用，被测细胞被限制在液流的轴线上，仅 能以单列流出，在检测速度上难免有限制。此外，当前市场上主流的流式细胞仪 主要来自于是国外 BD 公司（Becton, Dickinson and Company）与贝克曼库尔特 有限公司(Beckman Coulter, Inc.)两个商家，价格昂贵。

另一种有效的血液 CTC 检查方式是通过显微镜下观察制作好的血液组织涂片，以此观察细胞。大视野高分辨是光学显微成像技术长期追求的目标。光学明 场显微镜具有对微米级和亚微米级样本成像的能力，其依赖于物镜成像的特点导致了成像分辨率和视场互相限制，高分辨成像的同时会牺牲一定的成像视野，而大视野成像的同时会降低一定的成像分辨率。尽管可以通过扫描来解决这一问题，但是较大视野的成像可能需要结合额外的对焦操作才能得到高质量图像。

便携式高通量细胞分析仪是一种用于细胞分析的仪器，能够以亚厘米级大视野、微米级空间分辨率进行成像，成像速度可达20fps，可实现活细胞的无标记高通量计数与分类。该仪器基于无透镜计算显微成像原理，系统结构简单，操作便携，成本低；该高通量细胞分析仪的视野和景深均远高于传统光学显微镜，成像视野可达30平方毫米，空间分辨率优于1微米，能够达到相当于20X-40X显微镜的放大倍数和空间分辨率，可同时对上万个细胞进行高分辨率成像，通过集成相应的 算法还可以实现细胞的三维成像。通过USB接口同计算机连接，便于系统控制、数据传输。该仪器配备图像采集与分析软件，可以实现细胞全息图像的采集、高质量图像重建、存储、去噪、细胞分类与计数等功能。细胞的二分类准确率可达到96%以上、三分类准确率可达到90%以上。本项目研发的高通量细胞分析仪还可以用于细胞形态学分析，细胞生长动态跟踪，细胞迁移、侵袭、增殖等监测；此外还可以与微流控芯片相结合，构建流式细胞成像计数仪，实现更高通量的细胞计数。

本产品基于无透镜计算显微成像原理，结合人工智能分析技术，可以解决如下问题：

1）大视野高分辨率：本产品使用大视野的无透镜计算显微成像技术，不需要引入物镜以避免限制显微镜的成像视野或者视场，视野大小可达30mm2；同时 本产品空间分辨率优于1 微米，能够达到相当20X-40X显微镜的放大倍数和 空间分辨率。

2）快速高通量成像：本产品图像的采集速度最高可达20fps，可自行调节；仪器成像有约30mm2 的大视野，可以同时对数万个细胞同时成像，大幅提高了细胞计数的效率，实现高通量细胞分析。

3）无标记非侵入：传统的细胞分析需要使用荧光标志物作为细胞标志示踪物质，或者通过造影剂或染色剂来增强细胞与背景环境的对比度。本产品通过全息技术，获取细胞的相位信息，反映细胞的折射率，能够立体地展示细胞形态。

4）智能化分析：本产品通过对无透镜计算显微成像系统得到的图像进行灰度化、膨胀腐蚀等操作突出特征目标，对图像进行阈值分割将细胞从图像背景中提取出，再通过人工智能算法对细胞进行分析，包括区分每一类细胞并进行准确计数。这种方法不需要额外的荧光染料或造影剂，能够简化分析流程，提高分类计数的速度与准确性。

5）低成本：与需要昂贵的光学镜头的传统显微成像技术相比，无透镜计算显微成像技术光路简单，需要的光学元件较少，且不使用镜头，很大程度地降低了成像系统的经济成本，同时不需要物理调焦。照明采用廉价的LED光源，信号采集采用CMOS探测器。