개요
NanoCellect Biomedical은 혁신적인 세포 분석 및 분류 솔루션 개발을 전문으로 합니다. 독점적인 미세유체 기술을 활용하는 NanoCellect는 연구원과 임상의에게 세포 분석, 분류 및 분리를 위한 사용자 친화적이고 처리량이 높은 옵션을 제공함으로써 세포 생물학 분야에 혁명을 일으키고 있습니다. NanoCellect는 안정적이고 유연한 도구를 사용하여 연구자에게 권한을 부여함으로써 암 연구, 면역학, 약물 발견 및 맞춤형 의학과 같은 분야의 발전을 주도하여 궁극적으로 획기적인 발전을 가속화하고 인류 건강을 개선하고 있습니다.
NanoCellect는 레이저 빔을 통과하는 개별 세포나 입자를 분석하고 정량화하여 다양한 특성을 측정하는 기술인 유세포 분석에 적합한 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 분석 외에도 유세포분석은 특정 특성에 따라 세포를 물리적으로 분리하는 세포 분류에도 사용할 수 있습니다. VERLO Image Guided Sorter를 개발하기 위해 연구원들은 Moku:Lab, 이는 임의 파형 발생기 보다 정확한 스윕으로 매우 효율적인 디지털 합성을 수행하는 데 필요한 장비입니다.
Moku:Lab은 FPGA의 디지털 신호 처리 성능과 다용도, 저잡음 아날로그 입력 및 출력을 결합한 재구성 가능한 하드웨어 플랫폼입니다. 소프트웨어 정의 기능을 통해 Moku:Lab은 15개 이상의 테스트 장비를 제공할 수 있습니다. 와 함께 다중 장비 모드, 사용자는 장비 쌍을 결합하여 무손실 상호 연결을 통해 동시에 실행할 수 있습니다.
난제
유세포 분석에서 세포를 분류하는 동안 세포는 형광 마커 또는 기타 구별되는 특징을 기반으로 분석되고 식별됩니다. 세포가 식별되면 피에조 액츄에이터를 사용하여 세포를 선택적으로 다른 수집 튜브나 웰로 편향시킵니다. 이 분리 과정을 통해 연구자들은 관심 있는 특정 세포 집단을 분리하고 수집할 수 있으며, 이를 추가로 연구하거나 다양한 다운스트림 응용 분야에서 사용할 수 있습니다.
세포 분류는 면역학, 줄기세포 연구, 암 생물학, 유전체학 등 여러 연구 분야에서 강력한 도구입니다. 희귀 세포 집단이나 특정 세포 하위 집단을 분리하여 세포 기능 및 행동에 대한 심층적인 분석과 연구를 용이하게 합니다. 이처럼 빠르게 변화하는 개발 환경에서 혁신을 이루고 제품을 신속하게 시장에 출시하기 위해 연구팀은 실험 결과를 신속하게 검증할 수 있는 유연한 테스트 솔루션이 필요했습니다. 과학자들은 80MHz에서 290MHz까지의 진폭 보정을 갖는 처프 신호를 생성해야 했습니다. 처프 신호는 음향 광학 편향기를 구동하는데, 연구팀은 이를 사용하여 레이저 빔을 조정합니다(그림 1). 처음에는 키사이트 81160A를 임대했지만, 더욱 유연하고 비용 효율적인 장기 솔루션을 원했습니다.
그림 1: (a) O전체 시스템 아키텍처. 스캐닝 레이저 빔과 세포 이동은 2D 래스터 스캐닝 시스템과 동일한 결과를 생성합니다. 세포의 명시야 및 형광 신호는 PMT로 검출되고, 시간 신호는 FPGA를 이용한 실시간 처리를 통해 재구성되어 세포 이미지를 형성합니다. 각 세포 이미지의 특징은 PC 또는 GPU를 통해 추출됩니다. 사용자가 선택한 이미지 특징을 기반으로 하는 분류 기준(게이팅)에 따라, 온칩 압전(PT) 액추에이터가 작동하여 목표 특징을 가진 세포를 분류합니다. (b) 이미징 시스템 설계. AOD(음향 광학 편향기), DM(이색성 거울), OL(10배/0.28 배율 대물렌즈), PMT(광전 증배관), SM(세포 속도 검출용 공간 마스크)의 구조는 왼쪽에 표시되어 있습니다. (c) 미세유체 칩 설계. 부유된 세포는 시스(sheath) 흐름에 의해 미세유체 채널의 중앙으로 집중됩니다. 온칩 압전 액추에이터는 기계적으로 위아래로 구부러져 흐름과 흐름 내 표적 세포를 지정된 채널로 흘려보냅니다. 스케일 바: 1mm.
해법
프로토타입 제작 및 R&D를 위해 Moku:Lab을 배포한 이후, NanoCellect 팀은 상당한 개발 진전을 보였습니다. 사용자 친화적인 인터페이스와 결합된 소프트웨어 정의 계측의 유연성은 차세대 세포 분류 장치를 개발하려는 팀의 목표를 가속화했습니다.
팀은 200kHz 폭의 처프 신호를 생성하는 두 개의 동시 출력을 갖춘 임의 파형 발생기 장비를 사용합니다(그림 2). 그런 다음 신호는 음향 광학 편향기(AOD)를 구동하는 데 사용됩니다.
그림 2 : Moku:Lab 오실로스코프 트리거 설정 및 채널 1 버스트 시작.
AOD를 구동하는 전통적인 방법은 전압 조정 발진기를 사용하는 것이지만 이 방법은 부정확하고 유연성이 떨어질 수 있습니다. Moku:Lab은 매우 효율적인 디지털 합성을 가능하게 하므로 이제 팀은 더 정확한 스윕을 생성하고 그에 따라 출력 신호의 진폭을 변조할 수 있습니다. 또한 이 설정은 팀에게 다른 유형의 AOD를 구동할 수 있는 유연성을 제공합니다(그림 3).
그림 3 : Moku:Lab 커서로 측정한 결과, 폭이 200kHz인 XNUMX채널 버스트 신호가 트리거되었습니다.
NanoCellect의 임베디드 시스템 엔지니어인 Ivan Gagné는 “이렇게 유연한 장비를 다른 용도로 사용할 수 있기를 기대하며 더 많은 제품을 구매할 것으로 기대합니다.”라고 말했습니다.
Moku:Lab을 통해 NanoCellect 팀은 실시간으로 출력 신호를 업데이트하여 시스템의 레이저 출력으로 인해 발생하는 모든 비효율성을 상쇄할 수 있습니다. 그들은 아이패드 인터페이스 시동 중에 입출력 특성을 확인했지만 결국에는 LabVIEW API이를 통해 사용자 정의 UI를 신속하게 개발하여 파형 매개변수 조정을 간단하게 만들 수 있었습니다(그림 4). Moku:Lab을 통해 개발 일정을 가속화하는 것 외에도 Liquid Instruments에서 받은 친절하고 효율적인 고객 서비스를 높이 평가했습니다.
그림 4 : NanoCellect 팀은 LabVIEW API를 사용하여 파형의 매개변수 조정을 간단하게 만드는 맞춤형 UI를 신속하게 개발했습니다.
결과
궁극적으로 Moku:Lab을 통해 NanoCellect 팀은 값비싼 장비를 임대하거나 맞춤형 솔루션을 설계할 필요 없이 까다로운 스위프 속도와 샘플링 속도를 지원함으로써 개발을 최적화할 수 있었습니다.
NanoCellect의 수석 전기 엔지니어인 Wes Ice는 "이는 아이디어를 검증하고, 문제를 완화하며, 테스트되지 않은 개념을 신속하게 입증하여 제품을 시장에 출시하는 데 도움이 되었습니다."라고 말했습니다. "NI의 동급 PXI 기반 계측기는 약간 더 크고 가격도 훨씬 더 비쌉니다. 따라서 유사한 신호 생성 및 수집 요구 사항을 가진 다른 엔지니어에게 Moku:Lab을 추천하고 싶습니다."
가네는 비용과 성능에 관해 아이스의 의견에 동의했습니다.
“Moku:Lab은 출력 샘플 속도에 있어 매우 좋은 가격으로 나왔습니다.”라고 그는 말했습니다. "또한 사용하기 쉬운 API를 통해 파형 설계를 빠르게 반복할 수 있었습니다."
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