实时高通量获取无标记、高内涵3D细胞信息，倍捷锐打造国产创新科研设备平台｜脑创中心

2024-03-29 00:03

十七世纪时，荷兰科学家列文虎克首次利用他自制的简单光学显微镜观察到了微生物世界。随着时间的推移，显微镜技术不断发展并取得突破，已成为生物、医疗、工业等领域不可或缺的研究工具。

然而，传统光学显微镜在进行细胞显微成像时，受到分辨率、对比度、成像深度等因素的限制，难以捕捉到活细胞内部复杂而微妙的动态变化。

随着科学理论和技术的不断进步，近二十年来兴起的定量相位成像（Quantitative Phase Imaging，QPI）技术将相位成像与光学显微相结合，为观测细胞等透明生物样品提供了一种无标记、快速、无损、高分辨率的成像手段，成为显微技术领域的又一次重大突破。

历经二十多年的科学沉淀，定量相位成像技术已迎来重要的转化期。

在此背景下，作为深圳市脑科学技术产业创新中心（以下简称：脑创中心）孵化的一家重点企业，深圳市倍捷锐生物医学科技有限公司（以下简称：倍捷锐）依托于来自香港中文大学的科研成果，已先后完成基于定量相位显微技术的无标记高内涵活细胞分析仪的研发、制造以及商业化进程，帮助多领域实现了对活细胞内部结构的高精度、高分辨率的三维成像，成为全球定量相位成像领域的领军企业。

来自顶尖高校中国科学家的科研成果转化，填补国内市场空白

中国科学仪器行业起步较晚，打破国外高端分析仪器垄断、提高高端分析仪器国产化率，对于促进产业升级、提升科研水平和创新能力，以及降低科研成本等方面具有重要意义，也一直是我国各大规划的重要落脚点。来自底层技术的源头创新将成为我国实现科研仪器赶超的重要力量。

“定量相位成像技术能够对样品的相位信息进行准确量化与测量，如三维形貌与折射率分布等，已成为最为理想的无标记显微成像技术之一，在多个领域中都具有重要的应用价值。然而，相位信息的提取精度和时间，对于复杂样本的处理，以及产品标准供应链的搭建等问题一直是定量相位显微成像技术落地和普及的难点。”倍捷锐CEO孙瑞在采访中说道。

相位成像原理 图源：倍捷锐

倍捷锐掌握的定量相位成像技术的背后有着来自高校深厚的理论成果作支撑。倍捷锐首席科学家周仁杰教授是该技术的直接发明人，师从全球定量相位成像领域重要奠基人Gabriel Popescu教授。

周仁杰教授现任香港中文大学生物医学工程学系副教授（终身教授），OPTICA 与SPIE高级会员，对定量相位显微术（QPM）与光学衍射层析术（ODT）进行了系统而深入的研究，发表SCI论文50余篇。

周仁杰教授早前曾在麻省理工学院、伊利诺伊大学、亚利桑那大学等光学领域世界前沿的科研机构从事相关研究工作，其间荣获SPIE 2012 Optics & Photonics Education Scholarship、P. D. Coleman 研究优秀奖、罗远祉研究优秀奖等众多奖项。

谈起倍捷锐创办之初的故事，孙瑞表示，“硕士从波士顿大学生物医学工程专业毕业后，我曾多次创业，并主导多个生物医学光学项目，尤其是我在做器官芯片的药物筛选分析项目时，发现该领域缺乏有效的观测和成像手段。”

“一次机会，我结识了当时正在MIT从事博士后研究工作的周仁杰教授，在充分研究该项技术并进行国内外市场调研后，2017年我们决定回国，并选择在2018年共同创业成立倍捷锐，希望尽快将掌握的定量相位成像技术和专利在中国落地推广，填补国内在活细胞成像领域的空白。”

成立五年多以来，尽管曾遭遇国际关系紧张、疫情等客观因素的阻碍，但倍捷锐基于周仁杰教授和团队多年来的经验积累，已围绕不同原理的定量相位成像技术，形成了多种成像解决方案，如光学衍射层析成像、衍射相位成像、无标记高内涵定量相位成像等，可根据不同的应用场景选择相应的技术路线。这也为倍捷锐后续打通产业化链条奠定了扎实的理论基础。

降本增效，获取无标记、高通量、⾼内涵3D活细胞信息

常见的传统荧光成像是通过使用荧光染料标记细胞的特定分子，以在显微镜下直接观察到这些结构的位置和运动，但荧光染料的潜在毒性会影响细胞的正常生理功能，甚至导致细胞死亡。此外，先进的共聚焦显微镜面临采购成本和操作难度较高的推广难题。

成像技术对比图源：倍捷锐

倍捷锐所专注的定量相位成像技术可在不对样品进行任何预处理的情况下，测量微观物体的透射光或反射光的相位延迟，以提供准确的形态学和动力学信息。

如此一来，基于该技术的无标记高内涵活细胞分析仪不仅无需复杂样品制备流程，不会对活细胞样品造成损伤，而且还可以持续、长时间地获取细胞的生物物理学信息，样品甚至能保存后重复使用。同时，采用无标记技术也可以降低对荧光染剂等耗材的依赖，从而降低成本。

针对该技术的第二项优势，孙瑞接着说道：“传统光学成像技术无论染色与否，都很难实现流式的动态、高速成像，但倍捷锐所研发的无标记高内涵活细胞分析仪无需通过复杂手段去提高拍照速度，而是利用定量相位成像技术所带来的高对比度优势，实现万帧每秒的细胞成像速率，通过结合人工智能和自动化微流控技术，该设备还能实现对细胞行为和变化信息的实时、动态、高速获取和分析。”

无标记高内涵活细胞分析仪的第三个优势在于可以获取更高维度、更高内涵的细胞信息。据了解，传统的光学成像技术一般是利用光波长、强度的变化，转化为传感器可识别的颜色、灰度，从而实现图像的对比度的提升，即区分所观测样品与背景。

倍捷锐的定量相位成像技术所获取的是全新的物理参数，即通过捕捉并分析光第三个重要参数——相位信息，并将其转化为相位或折射率分布图，来获取传统光学显微镜“看不见”的信息，实现对样品尺寸、密度等信息的精细定量分析。

基于这三大优势，倍捷锐已成功实现针对四大应用场景，两个产品系列的落地转化，并逐渐从科研端渗透到市场空间更为广阔的产业端。

两大系列产品，四大应用场景，

倍捷锐搭建国产化供应链

科研是产业化的重要驱动力，而产业化又是科研成果得以实际应用和推广的重要途径。因此，倍捷锐原研的底层成像技术也需要找到最适合的应用场景才能发挥其巨大潜力，转化成对产业、对国家有益的创新产品力。

在团队努力下，倍捷锐已实现从实验室到产业化、从创意到市场，成功将科技成果转化为“活细胞分析仪NHQLive”“蔡司模组NHQ-Zeiss”这两个系列的无标记高内涵活细胞分析仪。

活细胞分析仪NHQLive（左）、蔡司模组NHQ-Zeiss（右） 图源：倍捷锐

具体而言，NHQLive系列产品可实现高速、动态的活细胞分析，支持微流控分析、AI细胞识别等功能，可用于活细胞的高通量筛选等应用，同时兼容荧光成像系统。NHQ-Zeiss系列产品与蔡司显微镜深度结合，具备更高精度与更强功能定制能力，可实现细胞精细结构的定量分析、活性与产量分析、细菌种类分析等，支持深度定制及荧光成像功能，服务于科研及合成生物等方向。

同时基于定量相位显微的广阔前景，倍捷锐目前已锁定了四大应用场景，分别是：抗体蛋白生产用工程细胞株的筛选、合成生物学中菌株活性分析及活性产物产量预测、神经细胞长时间分析与动作电位无接触分析，以及用于临床医学中辅助生殖技术中的精子分析。

以合成生物学为例，该交叉学科被誉为“未来改变世界的十大技术”之一。据前瞻产业研究院测算，全球合成生物学市场规模至2020年已达到68亿美元，2025年将达到208亿美元，复合增长率28.8%。

倍捷锐的定量相位成像技术能利用其对活细胞进行高通量无标分析的优势，在合成生物学基础研究及产业化进程中发挥着重要作用，如菌株分析与筛选、预测产量等。

此外，在全球精准医疗和个性化治疗需求日益增长的背景下，脑科学及相关产业也正迎来空前的发展机遇。据CB Insight数据显示，2020年脑科学领域的全球市场规模为62亿美元，并预计在2024年将突破100亿美元。

倍捷锐凭借其在定量相位成像技术上的创新与领先，不仅可以支持科研团队在神经元活动、神经回路图构建和脑疾病机理研究方面的工作，也在神经科学应用研究中提供强大的技术支持。比如，在神经退行性疾病的早期诊断、脑机接口的开发，以及新型神经调控方法的探索等方面。这些技术应用不仅加速了脑科学研究的进展，也促进了相关产业的发展和创新，为治疗神经系统疾病提供了新的视角和解决方案。

在未来的发展蓝图中，倍捷锐也得到了脑创中心的支持。脑创中心旨在通过链接先进的技术支撑平台资源、提供资本市场相关服务以及构建行业合作网络等方式，助力倍捷锐在脑科学及应用技术领域的持续创新与发展。期待倍捷锐与脑创中心的合作可以逐步扩大科研成果在实际应用中的影响范围，加速科技创新向产业转化的进程，实现科学探索与社会需求的高效对接，为促进人类健康与社会持续发展贡献力量。

倍捷锐定量相位成像技术应用

图源：倍捷锐

倍捷锐目前的主推产品已从零部件到生产制造基本实现国产化，并且公司也在进一步深化、优化供应链。据介绍，公司将在2024年下半年发布的第三代产品的定价约为进口产品的二分之一到三分之一，将以强有力的性能和价格优势登陆市场。

采访的最后，孙瑞表示：“进口仪器高昂的采购、维护、校准和升级费用给我国科研机构和企业带来了巨大的经济压力，也导致了技术依赖和产业竞争力受限。倍捷锐希望打造一个完全自主研发的国产创新科研设备平台，利用原创活细胞成像技术打破国外在光学科研仪器领域的垄断，从而帮助药企、研究所以及医院，甚至是推进中国医药产业的进步和发展，展现中国创新和中国制造的突出实力。”

关于深圳市脑科学技术产业创新中心

深圳市脑科学技术产业创新中心（简称“脑创中心”）是深圳市和光明区政府大力支持下建设的专业孵化平台，由中科院深圳先进院脑认知与脑疾病研究所、深港脑科学创新研究院提供技术支撑和运营管理。脑创中心致力于打造全国首个“拎脑入驻”型专业孵化赋能平台，努力成为服务于全国、辐射全球的脑科学技术产业创新示范高地。脑创中心自2022年10月启动试运行以来，建成“阶段式”孵化、产业空间超22万平方米，已引进近50家企业进驻孵化器与产业园，其中孵化器与招商局脑与类脑智能产业园已满租，入驻企业历史融资总额超10亿元，估值超100亿元，协助入驻企业新增融资金额超2亿元，并成立了全国首个完全由社会资本投资的脑科学与类脑智能领域创投基金，规模1亿元，重点投资脑创中心优质早期项目。脑创中心诚邀脑科学与脑机工程、脑健康等相关企业、机构、科研团队来访交流！