通过 Moku:Lab 推动在 NanoCellect 细胞分选解决方案创新

▍应用案例

通过 Moku:Lab 推动在 NanoCellect 细胞分选解决方案创新

▍介绍

NanoCellect Biomedical 专注于开发创新型细胞分析和细胞分选解决方案。利用其专有的微流控技术，NanoCellect 通过为研究人员和临床医生提供友好的用户界面，高通量的细胞分析、分选和分离选项，正在彻底改变细胞生物学领域。通过为研究人员提供可靠、灵活的工具，NanoCellect 正在推动癌症研究、免疫学、药物研究和私人定制医学等领域的进步，最终加速突破并改善人类的健康。

NanoCellect 提供了适用于流式细胞术的创新型解决方案，流式细胞术是一种当单个细胞或颗粒通过激光束时用来快速测量其特性的分析技术。除了分析以外，流式细胞术还能被用于细胞分选，这涉及到基于细胞的具体特性来进行物理分离。为了开发 VERLO 图像引导分选设备，研究人员转向使用 Moku:Lab，它提供了任意波形发生器让他们用更准确的扫频扫描来进行高效的数字合成。

Moku:Lab 是一个可重构的硬件平台，它将具有数字信号处理能力的 FPGA 和多功能的低噪声模拟输入和输出相结合。软件定义的功能让 Moku:Lab 能够提供超过13种以上的仪器功能。通过使用 MiM-多仪器并行模式，用户能够成对组合仪器以无损互连的方式同时运行它们。

▍面临挑战

在流式细胞术的细胞分选过程中，根据荧光标记或其他显著特征对细胞进行分析和识别。一旦细胞被成功识别，它们会被压电触动器有选择性地转移到不同的收集管或收集孔板中。这种分离过程让研究人员分离和收集感兴趣的特定细胞群体，这些细胞群体可以进一步被研究或者用于不同的下游生物工艺类型的应用。

细胞分选是一个在很多科研领域的强大工具，包括免疫学、干细胞研究、癌症生物学和基因组学。它能够分离稀有细胞群体或者特定亚细胞群体，促进细胞功能和行为的深度分析和研究。为了在这个快节奏的发展环境下创新并将产品推向市场，团队需要一个灵活的测试方案能够快速地验证实验结果。科学家们需要生成一个频率从 80 MHz 到 290 MHz，幅值可以跟随修正的线性调频信号。这个线性调频信号驱动声光偏转器，这里团队用它来引导激光光束的方向(图1)。他们最初尝试使用单一功能的波形发生器设备，但这无法满足他们灵活性和性价比高的长期解决方案需求。

图 1: (a) 整个系统架构。扫描激光光束和细胞的流动形成一个等效的二维光栅扫描系统。使用 PMTs - 光电倍增管来检测细胞的明视场和荧光信号，通过使用 FPGA 来实时处理并重建时间信号以形成细胞图像。每个细胞图像的特征用 PC 或者 GPU 来提取。根据基于用户可选择图像特征的分选标准（门控），触发片上压电（PT）触动器来分选具有目标特征的细胞。(b) 成像系统的设计。AOD，声光偏转器；DM，二向色镜；OL，10x/0.28 物镜；PMTs，光电倍增管；SM，用于细胞速度检测的空间掩模，其设计如左侧所示。(c) 微流控芯片设计。悬浮细胞通过鞘流被集中到微流通道的中心。片上压电触动器机械式地向上或向下弯曲，使液流和液流内的目标细胞偏转进入指定通道。比例尺：1 毫米。

▍解决方案

自从使用 Moku:Lab 进行原型机设计和研发以来，NanoCellect 的团队取得了巨大的开发进展。软件定义仪器的灵活性和友好的用户界面相结合，加速了团队开发下一代细胞分选设备的目标。

团队依靠拥有两个可以同时输出的任意波形发生器来生成一个 200 kHz 带宽的线性调频信号。然后这个信号被用于驱动一个声光偏转器(AOD)。

图 2：Moku:Lab 示波器触发设定和通道 1 突发调制开始。

以前驱动 AOD 的方法是使用一个电压调节的振荡器，但是这个方法准确度不高，而且欠缺灵活性。因为 Moku:Lab 能够高效的数字合成，现在团队能够生成更加准确的扫频扫描信号，并相应地对输出信号的幅度进行调制。该方法还使团队能够灵活地驱动其他类型的 AOD (图3)。

图 3：触发采集并显示宽度为 200 kHz 的双通道突发信号，同时用 Moku:Lab 光标测量显示。

NanoCellect 的嵌入式系统工程师 Ivan Gagné 表示：“我们预计将采购更多Moku设备，期盼将如此灵活的仪器应用到更多我们其他项目中。”

有了 Moku:Lab，NanoCellect 的团队能够实时更新输出信号来抵消系统中因激光输出功率的原因而导致的任何低效的表现。他们在开始阶段使用 iPad 端的 Moku App 程序来检查输入和输出的特性，但最终切换到了 LabVIEW API，这让他们能够快速地开发自定义的 UI 软件来更方便地调整波形参数(图4)。除了用 Moku:Lab 加速开发进度，他们还赞扬了 Liquid Instruments 友好且高效的技术支持服务。

图 4：NanoCellect 团队使用 LabVIEW API 快速开发自定义 UI 软件，使调整波形参数变得更加简单。

▍结果

最终，Moku:Lab 使 NanoCellect 团队能够既满足他们苛刻的扫描速度和采样率，同时又无需租用昂贵的设备或设计一个定制化的解决方案来优化整个开发进程。

NanoCellect 的高级电气工程师 Wes Ice 表示：“这帮助我们验证想法、解决问题并快速证明未经测试的原理，从而将我们的产品推向市场。” “市面上等同的 PXI 架构的仪器外形上更大一些，并且价格会贵上一个数量级，所以我们会向其他有类似信号生成和采集需求的工程师推荐使用 Moku:Lab。”Gagné 非常赞同 Ice 关于成本和性能的观点，并说道：“ Moku:Lab 就输出采样率来说价格非常实惠。同时借助于易于使用的 API，我们已经可以快速地迭代我们的波形设计。”