如何选择高内涵仪器

 我们知道，过去十年，图像获取和分析的自动化为细胞生物学的发展铺平了道路。一种更加可靠且高产的方法——高内涵分析（High Content Analysis，简称HCA）应运而生。

在这十几年的发展过程中，市场上出现了很多高内涵仪器，这些仪器可以分为三大类：宽场荧光显微镜型高内涵、共聚焦荧光显微镜型高内涵和激光扫描型高内涵。

各种类型的高内涵仪器举例

激光扫描型高内涵是以激光作为荧光光源，用PMT采集光信号，通过预设间距点扫描获得数据，没有成像的过程，速度快是其zui大的优势。分辨率不高，只能提供虚拟图像是这类仪器的局限性，X轴的分辨率是以预设的间隔（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5或5 um）设定的，而Y轴是用户自行设定的，一般在1到10 um。由于不是基于图像的分析，分析软件相对简单，适合于比较成熟简单的细胞学实验。所以被很多药物研发企业作为初筛平台。

基础研究的实验设计相对复杂，很多时候需要在亚细胞水平对细胞内的微细结构清晰成像，检测的指标也复杂多样，需要有非常强大的图像分析软件来设定，所以显微镜型的高内涵更适合科学研究的需要，药物研发机构复杂的筛选实验也会考虑使用显微镜型高内涵仪器。

如何选择适合自己的高内涵仪器，主要考虑三个方面：

1、成像速度

高内涵仪器是在显微镜的基础上搭建的高速显微成像的平台，从所得图像中抽出一张和普通显微镜拍摄的图像没有区别，也就是说，宽场荧光显微镜型高内涵提供的是宽场荧光显微图像，共聚焦荧光显微镜型高内涵提供的是共聚焦质量的图像。

高内涵仪器和普通显微镜zui本质的区别在于成像速度极大提高，如果每个孔取一个视野，双色荧光，Hoechst染细胞核，EGFP标记细胞器，硬件自动聚焦，GE Healthcare的IN Cell 2000可以在约3分钟内对整块96孔板成像，在短短几分钟内得到将近200张照片。IN Cell 2000能够高速成像是因为：1）明亮的光源，和显微镜以液体光导纤维相连，光的传输效率高，显著缩短曝光时间；2）大芯片CCD相机可选择，成像视野约是标准芯片相机成像视野的四倍，大芯片CCD相机一个视野就有可能捕捉到足够的细胞用于统计学分析，节省很多时间；3）在线细胞计数功能：微孔板各个孔中细胞的生长状态可能会不同，在线细胞计数针对不同的孔自动调整拍摄视野数量，整体缩短实验时间；4）自动聚焦：是提高成像速度的关键，IN Cell 2000提供基于激光的硬件自动聚焦和基于图像对比度的软件自动聚焦，二者可结合使用。

需要注意的是，宽场荧光显微镜型高内涵比普通宽场荧光显微镜成像速度快，共聚焦型高内涵比共聚焦显微镜成像速度快，而共聚焦型高内涵未必比普通宽场荧光显微镜成像速度快，所以用户需要根据实验的需要来选择适合自己的高内涵仪器。IN Cell 2000虽然不是共聚焦高内涵，但其*的去卷积图像复原功能可以显著提高图像的对比度和分辨率，提供可以和共聚焦图像媲美的高质量的图像。

2、图像质量和成像速度之间的平衡

科研用户既希望成像速度快，又希望图像质量好，可以考虑GE Healthcare的IN Cell 6000。它是以激光为光源的可变光阑线扫描共聚焦高内涵仪器，拥有的光学系统，成像*可调：光阑*打开时成像速度zui快，*共聚焦模式去除背景zui有效，光阑打开的程度在1-3 AU之间可调，可以针对不同的需求调节共聚焦程度达到成像速度和图像质量的优化组合。IN Cell 6000感光成像采用550万像素新一代sCMOS相机，噪音比CCD相机低五倍，超高灵敏度并缩短曝光时间，比标准相机的视野大四倍。

3、图像分析软件

科研用户检测的指标复杂多样，除了基本的模块式分析工具，还需要有更强大的分析软件允许用户自主定义分析程序。GE Healthcare的高内涵平台除了基本的分析工具，还提供IN Cell Developer Toolbox 客户自定义分析软件，可以分析各种实验的图像结果。针对特定的实验，用户使用一系列的图像分析工具来编写自己的分析程序，包括：区分（segmentation）工具，图像处理工具，自定义测量值，宏子程序等。Developer Toolbox曾获得2006年*生物图像分析软件奖（美国科学杂志Scientific Computing颁发）。

Spotfire是一款用于科学数据分析的可视化分析平台，其zui大的特点是通过多种动态的图形（点图、线图、柱状图、饼状图、热图等）和筛选条件，快速对大量的数据进行分析和处理，并可以做出报告或与他人分享结果，做出决策。支持多种客户端界面和Web界面的访问和显示。IN Cell 图像分析软件内嵌和Spotfire DecisionSite Basic软件连接的图标，轻松使用数据可视化分析工具。

IN Cell Miner HCM数据管理软件以经过验证的 EMC Documentum 软件为基础，可以方便地注释、建档、检索、存储高内涵图像和数据。研究机构的所有使用者可以分享和比较数据，zui大限度地挖掘和实现这些数据的价值。快速制做精美的数据图，用于工作展示、技术交流和文章发表。

IN Cell 2000和IN Cell 6000都可以对玻片成像，透射光成像有三种模式可选（明场、相差和微分干涉），可以提供温度、湿度和CO2用于活细胞的长时间观察，有自动移液加样模块用于动力学分析。

此外，IN Cell平台du有的三种功能为高内涵实验提供更多的帮助：1）预览扫描功能：可以在任何放大倍数下对任意区域进行预览扫描，帮助了解样品概况，确定感兴趣的区域和视野的分布，如果需要，可以对整个微孔板或者整张盖玻片进行预览扫描。2）整孔成像功能：低倍物镜和大芯片CCD结合使用时，一张照片就可以快速捕捉整孔细胞、大面积组织和小生物体的图像，在用高倍物镜成像前可以快速确定感兴趣区域的位置，也不会漏掉偶发事件。3）手动显微镜模式：当前视野全屏显示，鼠标移动到四周可以显示4组成像工具，分辨率更高，调整成像参数后，可以实时观察效果。