イントロダクション
NanoCellect Biomedicalは、革新的な細胞分析および選別ソリューションの開発を専門としています。独自のマイクロ流体技術を活用し、研究者や臨床医にユーザーフレンドリーでハイスループットな細胞分析、選別、分離オプションを提供することで、細胞生物学分野に革命をもたらしています。信頼性と柔軟性に優れたツールを研究者に提供することで、NanoCellectはがん研究、免疫学、創薬、個別化医療などの分野における進歩を牽引し、最終的には画期的な進歩を加速させ、人々の健康の向上に貢献しています。
NanoCellectは、レーザービームを通過する個々の細胞や粒子を分析して定量化し、さまざまな特性を測定する技術であるフローサイトメトリーに適合した革新的なソリューションを提供します。フローサイトメトリーは分析だけでなく、特定の特性に基づいて物理的に細胞を分離する細胞選別にも使用できます。VERLOイメージガイドソーターを開発するために、研究者は Moku:Lab、配信 任意波形発生器 より正確なスイープで高効率のデジタル合成を実行するために必要な機器です。
Moku:Lab は、FPGA のデジタル信号処理能力と多用途の低ノイズ アナログ入出力を組み合わせた再構成可能なハードウェア プラットフォームです。ソフトウェア定義機能により、Moku:Lab は 15 以上のテスト機器を提供できます。と マルチインストゥルメントモード、ユーザーは機器のペアを組み合わせて、ロスレス相互接続で同時に実行できます。
課題
フローサイトメトリーにおける細胞選別では、細胞は蛍光マーカーやその他の特徴に基づいて分析・識別されます。識別された細胞は、ピエゾアクチュエータによって選択的に異なる回収チューブまたはウェルへと偏向されます。この分離プロセスにより、研究者は特定の細胞集団を分離・収集することができ、これらの細胞集団はさらなる研究や様々な下流アプリケーションへの利用に利用することができます。
細胞選別は、免疫学、幹細胞研究、がん生物学、ゲノミクスなど、多くの研究分野において強力なツールです。希少細胞集団や特定の細胞サブセットの分離を可能にし、細胞の機能や挙動に関する詳細な分析と調査を容易にします。このペースの速い開発環境において、革新的な製品を迅速に市場に投入するために、チームは実験結果を迅速に検証できる柔軟なテストソリューションを必要としていました。科学者たちは、80MHzから290MHzの範囲で振幅補正が可能なチャープ信号を生成する必要がありました。チャープ信号は音響光学偏向器を駆動し、チームはこれを用いてレーザービームを操縦します（図1）。当初はKeysight 81160Aをレンタルしていましたが、より柔軟でコスト効率の高い長期的なソリューションを求めていました。
図 1: (a) システム全体のアーキテクチャ。走査レーザービームと細胞の移動により、2D ラスタスキャンシステムに相当する動作が実現される。細胞の明視野信号と蛍光信号は PMT で検出され、FPGA を使用したリアルタイム処理により時間信号が再構成されて細胞画像が形成される。各細胞画像の特徴は PC または GPU によって抽出される。ユーザーが選択した画像の特徴に基づく選別基準 (ゲーティング) に従って、オンチップ圧電 (PT) アクチュエータがトリガーされ、目的の特徴を持つ細胞が選別される。(b) イメージングシステムの設計。AOD は音響光学偏向器、DM はダイクロイックミラー、OL は 10x/0.28 対物レンズ、PMT は光電子増倍管、SM は細胞速度検出用の空間マスクで、その設計は左側に示されている。(c) マイクロ流体チップの設計。懸濁細胞はシースフローによってマイクロ流体チャネルの中心に集束される。オンチップ圧電アクチュエータは機械的に上下に曲がり、流れと流れの中のターゲットセルを所定のチャネルへと偏向させる。スケールバー：1 mm。
ソリューション
NanoCellectのチームは、プロトタイプ開発と研究開発にMoku:Labを導入して以来、目覚ましい開発進展を遂げています。ソフトウェア定義型の計測機器の柔軟性とユーザーフレンドリーなインターフェースが相まって、次世代細胞選別装置の開発というチームの目標達成を加速させています。
研究チームは、200つの出力を同時に備えた任意波形発生器を用いて、2kHz幅のチャープ信号を生成します（図XNUMX）。この信号は音響光学偏向器（AOD）の駆動に用いられます。
図2：Moku:Labオシロスコープのトリガー設定とチャンネル1のバースト開始。
AOD を駆動する従来の方法は電圧同調発振器を使用することですが、この方法は不正確で柔軟性に欠ける可能性があります。 Moku:Lab は高効率のデジタル合成を可能にするため、チームはより正確なスイープを生成し、それに応じて出力信号の振幅を変調できるようになりました。このセットアップにより、チームは他のタイプの AOD を推進する柔軟性も得られます (図 3)。
図3：Moku:Labカーソルで測定した、200kHz幅のトリガーされた2チャンネルバースト信号。
「このような柔軟な機器の他の用途を見つけるのが楽しみですし、おそらくさらに購入する予定です」と、NanoCellect の組み込みシステム エンジニアである Ivan Gagné 氏は語ります。
Moku:Labを使用すると、NanoCellectのチームは、システム内のレーザー出力パワーから生じる非効率性を打ち消すために、出力信号をリアルタイムで更新できます。彼らは、 iPadインターフェース 起動時に入力と出力の特性を確認するために切り替えましたが、最終的には LabVIEW APIこれにより、波形のパラメータを簡単に調整できるカスタム UI を迅速に開発できました (図 4)。Moku:Lab によって開発期間が短縮されただけでなく、Liquid Instruments から受けたフレンドリーで効率的なカスタマー サービスも高く評価されました。
図4：NanoCellectチームはLabVIEW APIを使用して、波形のパラメータ調整を容易にするカスタムUIを迅速に開発しました。
結果
最終的に、Moku:Lab により、NanoCellect のチームは、高価な機器をレンタルしたり、カスタム ソリューションを設計したりする必要がなくなり、要求の厳しいスイープ速度とサンプル レートを実現して開発を最適化できるようになりました。
「これにより、アイデアの検証、問題軽減、そして未検証のコンセプトの迅速な検証が可能になり、製品を市場に投入することができました」と、NanoCellectのシニア電気エンジニアであるWes Ice氏は述べています。「NIの同等のPXIベースの計測器は少し大きく、桁違いに高価です。そのため、同様の信号生成・集録ニーズを持つ他のエンジニアには、Moku:Labをお勧めしたいと思います。」
ガニエ氏はコストとパフォーマンスに関してアイス氏の意見に同意した。
「Moku:Labは、出力サンプルレートに対して非常に手頃な価格でした」と彼は言います。「使いやすいAPIのおかげで、波形設計を迅速に反復することができました。」
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