從二維平面走向三維時空的探索

隨著生命科學(xué)研究的深入，類器官、腫瘤球等三維培養(yǎng)模型已經(jīng)成為發(fā)育生物學(xué)、疾病模型構(gòu)建和藥物篩選的重要工具 。然而，當(dāng)研究對象從平面的二維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、更接近真實(shí)生理微環(huán)境的“厚樣本”時，傳統(tǒng)的成像技術(shù)顯得力不從心 。研究人員在實(shí)驗(yàn)中常常面臨難以完整看清內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深度缺失問題，也經(jīng)常被迫在高分辨率、高通量與長效活體追蹤之間做出妥協(xié) 。BST-Holo 類器官OCT三維成像及智能分析系統(tǒng)正是在這樣的需求下設(shè)計(jì)研發(fā)的，它為3D培養(yǎng)體系提供了一套完整的解決方案，旨在實(shí)現(xiàn)無損的三維結(jié)構(gòu)獲取與科學(xué)的定量分析 。

基于光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的無損探測

BST-Holo系統(tǒng)的核心建立在光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)之上 。在不使用熒光染料或造影劑的前提下，系統(tǒng)利用近紅外光源發(fā)出的低相干光深入樣本內(nèi)部 。通過精密分析光線在不同組織界面產(chǎn)生的干涉信號，系統(tǒng)能夠像“光學(xué)手術(shù)刀”一樣，在不接觸樣本、不產(chǎn)生物理損傷的前提下，獲取毫米級深度的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息 。這種純物理的探測機(jī)制很大程度地保留了細(xì)胞微環(huán)境的原始生理底色，為獲取真實(shí)可靠的三維數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ) 。

基于光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的技術(shù)原理圖

從快速篩選到真實(shí)3D重建的高效工作流

在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室臺面操作中，面對多孔板和海量樣本，BST-Holo 提供了明場與OCT雙模態(tài)協(xié)同的務(wù)實(shí)工作流 。系統(tǒng)首先通過明場成像進(jìn)行快速的孔板導(dǎo)航，幫助研究人員直觀地完成樣本初篩和目標(biāo)靶點(diǎn)的區(qū)域定位 。隨后，操作人員可在同一平臺內(nèi)無縫切換至OCT模式，對鎖定的位置進(jìn)行深度的斷層掃描 。 在數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)，系統(tǒng)支持靈活的多平面逐層查看，并同步進(jìn)行高精度的三維重建與實(shí)時渲染 。研究人員可以直接在屏幕上旋轉(zhuǎn)、縮放三維模型，透視其內(nèi)部空腔和組織分布 。針對分布較廣的大尺寸樣本，系統(tǒng)單次掃描即可覆蓋約1平方厘米的宏大視野，并支持多區(qū)域數(shù)據(jù)的智能拼接 。整個操作過程具備高工程效率，系統(tǒng)可在30分鐘內(nèi)完成一整塊96孔板的三維掃描任務(wù)，直接輸出標(biāo)準(zhǔn)化的高通量數(shù)據(jù) 。

自定義范圍+自動化移動+高通量掃描=掃描軟件：＜30 min/96-well-plate

基于體素的AI智能分割與定量分析

高質(zhì)量的圖像最終需要轉(zhuǎn)化為可分析的數(shù)據(jù)。有別于傳統(tǒng)的二維“像素”處理，BST-Holo 在三維空間中處理帶有精確位置與強(qiáng)度信息的“體素”數(shù)據(jù) 。依托內(nèi)置的AI算法，系統(tǒng)能夠在復(fù)雜的基質(zhì)背景中自動識別并精準(zhǔn)分割出類器官或細(xì)胞球的獨(dú)立邊界 。 在成功剝離目標(biāo)后，系統(tǒng)會自動解算出詳盡的單體結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括實(shí)體體積、空腔體積、表面積、立體直徑以及粗糙度等 。這使得研究人員可以直接用具體的數(shù)值來描述類器官的增殖規(guī)模與腔體發(fā)育的復(fù)雜程度，而不再依賴主觀的視覺判斷 。同時，系統(tǒng)支持對不同加藥組別或時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀統(tǒng)計(jì)對比，自動生成分布差異和生長速率等群體評估指標(biāo) 。系統(tǒng)開放的底層數(shù)據(jù)架構(gòu)，也為未來根據(jù)新課題需求擴(kuò)展分析指標(biāo)預(yù)留了充足的縱深空間 。

三維體素驅(qū)動的類器官智能解析與定量分析流程

活體環(huán)境控制與連續(xù)的縱向動態(tài)追蹤

為了應(yīng)對長期掃描中活體樣本容易受損或狀態(tài)改變的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，BST-Holo 在主機(jī)內(nèi)部集成了一套嚴(yán)密的環(huán)境保障系統(tǒng) 。系統(tǒng)配備了UVC紫外滅菌功能，以大幅降低長時間暴露帶來的污染風(fēng)險 。同時，內(nèi)置的37℃恒溫控制與5% CO₂氣體支持，在設(shè)備內(nèi)部穩(wěn)穩(wěn)復(fù)刻了標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)胞培養(yǎng)微環(huán)境 。 這種物理?xiàng)l件的支持，解鎖了三維研究中極其關(guān)鍵的能力——對同一活體樣本的縱向追蹤 。傳統(tǒng)的發(fā)育曲線繪制往往需要在不同時間點(diǎn)犧牲不同的樣本，極易受到個體差異誤差的影響 。現(xiàn)在，研究人員可以對同一個類器官進(jìn)行長達(dá)數(shù)周的連續(xù)、低擾動觀測，精準(zhǔn)記錄其體積變化和形態(tài)演化，從而獲得完整且具備高說服力的真實(shí)生長軌跡 。

面向3D應(yīng)用的最佳技術(shù)平衡與系統(tǒng)組成

在評估三維成像設(shè)備時，BST-Holo 并不盲目追求單一指標(biāo)的極限，而是致力于在各項(xiàng)核心能力間找到最契合實(shí)際研究的平衡點(diǎn) 。共聚焦顯微鏡雖具備分辨率但受限于穿透深度，高內(nèi)涵系統(tǒng)通量驚人但對內(nèi)部3D解析有限，而Micro-CT和MRI則受到軟組織對比度或低分辨率的約束 。BST-Holo 恰好在微米級分辨率與毫米級穿透深度之間、在精細(xì)結(jié)構(gòu)獲取與活體長效友好性之間實(shí)現(xiàn)了有效兼顧 。 在整體硬件架構(gòu)上，系統(tǒng)提供兩套成熟的光源方案：E800型號采用845 nm波段，側(cè)重于高精度結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的解析；E1300型號則采用1310 nm波段，專門針對厚重復(fù)雜樣本的深層探測 。配合高精度電動位移臺、雙核控制軟件以及高性能圖像處理工作站，BST-Holo 為用戶交付了一套打通硬件采集、數(shù)據(jù)重建與智能量化的閉環(huán)工具體系 。我們希望通過這套系統(tǒng)，提供一種更為全面的觀察方式，讓三維樣本真正告別被降維觀察的局限 。

三維成像性能平衡與系統(tǒng)架構(gòu)全景圖

探索三維生命科學(xué)的真實(shí)數(shù)據(jù)邊界

科學(xué)研究的每一次突破，往往都伴隨著底層觀測工具的革新。在三維培養(yǎng)體系快速發(fā)展的今天，科研人員需要的不再是勉強(qiáng)適配的傳統(tǒng)設(shè)備，而是真正契合3D樣本特性的專屬解決方案。BST-Holo 系統(tǒng)憑借無損的深層成像、基于體素的智能量化以及嚴(yán)密的環(huán)境保障，跨越了以往在深度、通量與活體追蹤之間的技術(shù)鴻溝。它不僅讓宏大的三維結(jié)構(gòu)得以完整呈現(xiàn)，更讓原本難以定量的動態(tài)演化過程，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)現(xiàn)的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)證據(jù)。我們致力于為類器官發(fā)育、疾病模型構(gòu)建以及藥物干預(yù)等領(lǐng)域提供真實(shí)、連貫的數(shù)據(jù)支撐，期待與廣大科研工作者并肩，共同探索三維生命科學(xué)的更多可能性。