粒子成像技术的发展和应用分析

卢布朗,技术总监在流体成像技术谈判AZoM粒子成像技术的发展和应用分析。

流体成像发展成为行业领导者如何生产粒度分析仪器?

这当然是一个有趣的进化!虽然我们有限公司成立于1999年,公司只有在一个非常有限的应用领域,海洋研究,首次5年。我们的旗舰产品,FlowCAM®,最初开发在波特兰北部港口的毕格罗海洋科学实验室,研究浮游生物在海水的缅因州。欧洲杯线上买球

一个非常新颖的概念,FlowCAM旨在结合流式细胞分析仪和显微镜的好处在一个乐器。海洋生物学家来自世界各地的参观了实验室,并暴露在FlowCAM。这些科学家发现研究的工具很有用,他们表示有兴趣收购一个自己的实验室。在这一点上,克里斯Sieracki博士的合作开发者之一原FlowCAM,形成流体成像技术为其他研究人员制造工具。

在最初的5年公司的历史,FlowCAM是专门卖给海洋研究社区。年底这段时间,几个non-oceanographic客户评估FlowCAM粒子分析应用程序,并最终购买的仪器。这些早期的“工业”的客户包括风味和芳香剂制造商和石油化工公司。认识到潜在的FlowCAM解决这些其他“工业”应用程序,公司扩大并开始营销工业部门,同时继续卖给海洋核心客户。FlowCAM也开始看到使用在其他水生应用程序,比如湖沼学(研究内陆水域)。

从那时起,经济增长更加快速水生和工业地区的业务。我们已经两次在此期间到越来越大的设施由于增长,并且在国际上也有巨大的增长。事实上,流体成像被任命为美国小企业管理局(SBA)的小型企业2008年的出口国,缅因州,随后2010年出口国的国际贸易中心。

FlowCAM真的是第一个商用动态成像粒子分析系统中可用的市场,并正在不断增强,所以我们有真正的是一个“工业领袖”这种技术。

“动态成像粒子分析”是什么?

一般来说,“粒子成像分析”是使用数字图像的粒子测量粒子的大小和形状的信息。欧洲杯猜球平台从本质上讲,你可以把它作为古典显微镜的操作符(观众)已经被电脑取代从图像中提取信息。而实际的算法执行这种类型的分析已经存在多年(从1960年代开始),这些操作需要大量的计算能力,这只是没有一般研究直到最近(1980年底)。

今天,几乎所有的显微镜制造商提供一个数码影像选项添加一个数码相机,电脑和一些软件的显微镜包。然而,这些都是“静态”系统,一次只能拍一个照片的显微镜的视野。为了获得显著数量的粒子图像,操作员必须移动(手动或通过计算机控制)后的镜台每张图片查看不同的幻灯片的一部分。所以,以类似的方式手工显微镜,这些“静态”系统仍相当缓慢,operator-intensive。

“动态”成像粒子分析克服了这一局限性实际上通过示例包含粒子“流”光学显微镜,这成千上万的粒子图像每秒可以捕捉到。欧洲杯猜球平台为了“冻结”粒子在空间移动,某种选通照明源同步相结合的非常短的快门欧洲杯猜球平台速度相机。捕捉每一帧的视野,软件,实时提取粒子图像从背景中并将它们存储。

同时,电子表格中的一行对每个粒子图像填充空间和灰度为每个粒子测量。在FlowCAM,我们商店30多个不同的测量每个粒子在50000粒子速度/分钟,不需要操作员干预。欧洲杯猜球平台这意味着我们可以快速收集统计上显著的粒子的数量数据。

这个方法比较传统技术如何分析微观粒子在液体吗?欧洲杯猜球平台

嗯,正如前面所讨论的那样,手工显微镜已经存在了粒子分析自1600年,和存到今日最重要的技术之一。然而,它一直局限于统计无关紧要的大量粒子由于准备示例所需的时间由眼睛和分析。欧洲杯猜球平台

为了克服的局限性显微镜,微观粒子的快速分析技术开始被开发,最早是1953年库尔特计数器的专利(今天仍然非常广泛使用)。欧洲杯猜球平台库尔特计数器是我称之为“volumetric-based”粒子分析仪:他们不直接测量颗粒大小,而是测量的信号成比例的粒子的体积。为了将信号转换成卷,系统必须校准通过已知直径的球体(体积)通过系统和测量他们的信号。一旦卷,一个假设是所有粒子是球形的形状,和一个数字测量是由每个粒子的体积转化为一个等价的球面直径(ESD)。欧洲杯猜球平台

几乎所有最常见的自动粒子分析系统有“volumetric-based”库尔特计数器,包括技术,如激光衍射,光线昏暗,光散射。所有这些技术都是“间接”测量:他们不测量物理尺寸。相反,他们衡量一些可以显示的信号成比例的一个物理维度,在这种情况下体积。体积然后转换成一个ESD假设所有粒子是球形的形状。欧洲杯猜球平台这些体积系统能够处理显著数量的粒子在很短的时间内呈现出粒度分布(PSD)显示颗粒大小和频率或体积。欧洲杯猜球平台

在一个“成像”系统,粒子测量直接从一个粒子的图像。自光学系统是固定的,距离测量的图像(“图像空间”)直接转换为实际距离测量对象(“对象空间”)通过了解整个系统放大。成像系统做不必须做出任何假设粒子的形状,因为他们直接从图像测量。事实上,这意味着可以对多个测量每个粒子产生更多关于粒子的信息,如长度、宽度、循环和其他形态形状描述符。此外,灰度测量也可以做如强度、透明度和颜色信息(当使用彩色相机)。

“volumetric-based”之间的主要差异和“成像”粒子分析系统是体积系统只有一个,间接测量,而成像系统可以测量多个直接测量。最后,但肯定不是,至少给你一个具体的成像系统记录每个粒子的形式形象,可以直接通过人类更好地理解数据(并确保数据被正确解释)。另一方面,体积系统是真正“黑匣子”产生分布没有“审计”,也没有办法知道如果答案是正确解释不使用显微镜检查结果。

什么功能的数码影像带自动分析的粒子吗?欧洲杯猜球平台

如果你在字典里查找“分析”这个词,你会发现所有的主要定义讨论“分离混合物的成分”。因为体积系统必须承担所有粒子是球形,只有测量防静电,他们不能告诉你任何关于样本是由什欧洲杯猜球平台么组成的。所以,在现实中,大多数粒子分析系统真的不能做严格意义上的“分析”这个词,他们只是粒子“单独”和/或“计数器”。

因此,尽管他们会输出一个图显示粒度分布,他们不能给你任何信息下的“曲线”(即构成样本的组件)。对于均匀样本,这是罚款;但在现实世界中许多样品分析是异构的,许多不同的粒子类型组成。即使在一个均匀样本,可能感兴趣如果有污染物或杂质,不能发现容量系统。

成像的关键好处是,我们可以让多个(FlowCAM超过30)为每个粒子测量,该收益率粒子形状信息,可以用来区分不同的粒子类型的混合物。最简单的例子之一就是从我们的起源,识别不同种类的浮游生物在海水中。体积系统只能告诉你一个基于ESD的样本大小分布,而FlowCAM使用软件过滤分离不同种类的样本分成各自组基于粒子的形状信息。所以,成像系统可以做真正的“分析”的样本,也就是将它分解成它的组成部分,而体积系统不能。

有时人们问,“为什么这么多测量?“当我们谈论拥有超过30。这是一个非常有效的问题!原因是更多的测量给我们细粒子类型之间的歧视。在浮游生物的例子中,很多时候我们会看到两种不同的物种,具有相同的一般形状,但是可能会被更高级的杰出的测量像“循环”,或者通过灰度属性(如一个被不透明和其他透明)。

在某些应用程序中,粒子实际上是基本形状和均匀球形,有人欧洲杯猜球平台会认为,一个体积方法可能就足够了。然而,在许多应用程序中,是理想的颗粒尽可能“球形”产品性能的原因。欧洲杯猜球平台

这可能是激光碳粉颗粒的例子,石油和天然气井的支撑剂,或高效液相色谱柱填料的材料欧洲杯猜球平台。在所有这些情况下,产品执行时最好最球形粒子的形状。欧洲杯猜球平台FlowCAM措施三个不同的“循环”的特性是球形的粒子是如何直接相关。欧洲杯猜球平台这些测量可用于“年级”产品基于循环分布测量,以及在某些情况下用于QA / QC决定接受产品的制造商或买家。

应用FlowCAM技术上面临的最大挑战之一是用于描述的sub-visible微粒在生物(生物制药)。这个应用程序的“现任”技术是光线昏暗,体积。然而,这些样品的颗粒蛋白总量,这在本质上是透明的。

光线昏暗不透明的颗粒因为光线穿过他们工作相对不变。欧洲杯猜球平台这意味着光线昏暗系统,最好的情况下,mischaracterize粒度,坏的情况下,即使检测蛋白质聚合。这些总量也非常非晶的形状,从球团单纤维线,所以委托人通常不是一个好的描述符的大小。成像系统能够检测透明,非常微妙的差异,因此能够检测和准确描述这些蛋白质聚集在大小和形状。

最后,如果这些生物制剂包装一次性注射器,颗粒物的检测将硅胶滴用于润滑的注射器。预计这些微粒,而不是有害的,所以不应该计算在监管环境对容许大量sub-visible微粒。任何体积方法不能区分和其他微粒硅胶滴。FlowCAM,然而,可以快速去除粒子计数用的硅胶滴软件过滤查找这些完美的球形,半透明粒子。欧洲杯猜球平台

台式FlowCAM^®。

什么数据提出了通过使用你的粒度分析仪器和最终用户如何管理这些信息?

流体成像的一个关键优势和优势是我们的软件,叫VisualSpreadsheet^®。几乎所有的粒子分析操作电子表格。例如,类似于一个筛分分析,可能想把粒度分布(PSD)基于不同的颗粒大小范围。欧洲杯猜球平台因此,一个简单的电子表格找到所有粒子过滤器在给定大小(ESD)范围,和软件返回表格统计数据,过滤(数字,平均值,标准偏差等欧洲杯猜球平台)。

VisualSpreadsheet的区别是,顾名思义,我们也现在的结果在视觉上,如粒子图像本身。所以,当您运行过滤器寻找特定粒子类型根据大小、形状、灰度或这些操作的组合,结果立即显示的拼贴图像匹配滤波器参数,以及汇总统计。该软件还允许用户对其排序的粒子图像基于任何测量参数。例如,其中一个可以在ESD即时查看最大或最小的粒子图像。

人类的大脑是最强大的计算机可用;立即我们看的能力,更好地理解信息并采取行动是远远超出任何计算机能做什么。如果“一张图片胜过一千字”,然后我将想象成千上万的照片值得更多!我们给用户的能力与实际的粒子图像通过VisualSpreadsheet确实是一个使能技术。可以交互,通过排序和过滤,找出最佳的参数或一组参数来段特定粒子类型。

允许您立即查看粒子图像看到在一个过程,而不是仅仅依靠数字。例如,一个可以立即看到如果总量最大的粒子分布,或只是大单粒子。欧洲杯猜球平台他们告诉你哪一个截然不同的事情在这个过程中发生了什么!

我们把它一步,通过添加在统计模式识别。VisualSpreadsheet”统计滤波器”,该运营商提出了几个例子粒子类型他们感兴趣的只是点击它们,并调用“微粒喜欢选择”。欧洲杯猜球平台这发起一个统计模式识别,自动计算出参数的最佳组合找到类似的粒子,然后排名他们为了他们的统计相似性原始粒子被选中。欧洲杯猜球平台

美丽的是,它不需要操作员做出任何判断如何隔离这些粒子(即哪些度量能够通过过滤等)。欧洲杯猜球平台这是一个纯粹的统计方法,像所有其他过滤器VisualSpreadsheet,他们可以存储适用于任何数据集。在统计滤波器的情况下,这意味着同样的统计评估了每个不同的样本,消除任何运营商的偏见。

当然,软件也代表了数据在直方图等所有的经典方法,散点图、统计、总结等。我们允许创建自定义图表的参数测量,以及覆盖多个运行在相同的图表进行比较。

我们也可以出口的任何数据,统计、图表等其他系统如LIMS系统中。但真正的力量在于图像本身的互动性。正如我之前所述,图像存储为后代也给了一个铁的审计跟踪。如果客户曾经质疑供应商的声明的材料成分,它们可以显示客户的实际图片特征是由!

你能描述之间的差异FlowCAM VS-Series PV-Series呢?

VS-Series是我们的旗舰产品研发的所有其他FlowCAM衍生品。我说这是一个“研发产品”,它非常灵活,和允许多个不同的配置升级的基本单位。主要的灵活性,它可以接受四个不同的放大率配置在同一仪器,给它一个潜在的整体范围从2µm 2毫米。因此,对于研发环境,可能存在许多不同的样本类型或大小范围,这种灵活性意味着一个工具可以处理多个大小不等。

重要的是要注意,这个范围无法覆盖一次用一个配置,应用程序依赖的和最大/最小尺寸是基于测量的需要。

VS-Series也有可用的可选的荧光测量和触发。可以配备FlowCAM绿色(532海里)或蓝色(488海里)与两种不同的激光荧光测量通道(股票和自定义可用荧光波段)。荧光功能的一个常见用途是与水样本,荧光的作为异步触发捕捉图像。

水样中,研究者通常只对生活藻类存在感兴趣,这可能是很稀疏的浓度。海藻被激光时,会发出荧光,荧光信号用于触发相机。这确保海藻颗粒都错过了,和减少的数量无关,非生物粒子可能被捕获如果使用同步欧洲杯猜球平台采集。

相比之下,我们的PV-Series产品是用于更多的“生产”类型的环境。PV-Series只有一个放大的每个单元(两个不同的放大率配置可用),所以它被限制为单个粒子的尺寸范围/仪器。欧洲杯猜球平台在许多应用程序中我们看到,这是所有的客户需求。例如,一个制造商生产的产品总是在5µm 300µm大小范围内,所以他们将使用一个PV-40仪器完全覆盖范围。真的意味着应用程序在相同的材料将测量一遍又一遍,像质量控制环境。

我们看到在许多情况下,尤其是在过程分析,过程研发部门可以使用一个VS-Series调查许多不同的过程变量。他们的研究可能会发现一些特殊的粒子属性重要监控生产过程中为了保证质量。一旦这些属性和方法定义(过滤等等),他们可能希望使用PV-Series作为平台部署生产解决方案交付,以更低的成本和更小的足迹。所以,我们的许多客户最终产品。

台式FlowCAM^®在使用。

这些产品的主要应用是什么?

我们仍然做的相当大部分的我们的业务在原始海洋研究等水市场中,饮用水分析,等等。这就是FlowCAM最初设计的,因此它仍然是我们业务的重要组成部分。我们也看到藻类分析进入更多的“工业”应用程序,如藻类生物燃料,保健品,甚至基于藻类的塑料。

不过,老实说,FlowCAM并不真的关心粒子…“粒子是粒子”!欧洲杯猜球平台这是有点“双刃剑”,我们作为一个公司,但是,它意味着系统可以解决几乎所有的粒子分析问题(这很好),但这可以为一家小公司很难集中注意力!所以我们一直很小心选择,我们选择进入市场。例如,我们作出一致努力,远离医疗/细胞分析应用程序,因为已经有一些大的球员有非常具体的,垂直的解决方案。

我之前提到的生物制剂的应用一直是一个非常大的市场,而继续增长。我们有很好的成功等其他材料表征应用superabrasives(微缩钻石),色欧洲杯足球竞彩谱柱填料材料表征、酵母特性、纤维分析,食品/饮料和microencapsulated产品。我们现在也做了相当多的业务在石油行业,与应用程序像油在水分析和钻井液特性。

如果你问我们实验室经理通过FlowCAM他跑,他就会给你一个列表的几百个不同的材料!欧洲杯足球竞彩一些更奇特的事情我们已经分析了FlowCAM是:冷冻阿尔弗雷多酱、爆炸物、巧克力、洗发水、抗酸药,洗碗机漂洗水,和各种纤维!的一件事使处理FlowCAM这么多有趣的是,我们永远不知道我们要看下!

你如何看待动态成像粒子分析未来发展?

我看到了技术被用于一个不断增加的时尚。老实说,它已不再真正“理解”内的粒子分析行业比我预期当我开始在流体成像几乎十年前。很多这似乎只是一般惯性:人们用于体积技术,使用如此之久,他们拒绝改变。在一个确定的过程中,整合新形式的分析非常耗时和可以被视为一种风险,所以它必须是一个深思熟虑,已有的过程。另一件事是纯粹的体积粒子成像分析的数据输出可以乍看起来有点不安!但这就是软件真的有帮助。

因为动态成像粒子分析是既定的体积相比相对较新的技术,作为一个行业的领导者我们发现我们必须做很多的教育市场。但当人们实际上看到他们的材料在欧洲杯足球竞彩高成像,然后看看他们能做什么数据,我们可以看到灯泡去在他们的头!这确实是一个启用技术。

从技术的角度来看,一个地区,我们花费了大量的精力在寻找更好的隔离略有不同粒子,即更好的图像识别。欧洲杯猜球平台这意味着很多不同的事情,获得更好的图像质量,更多的粒子测量,以帮助区分事物,为模式识别新算法。最后,如果真正的“分析”的对象是“分离混合物的成分”,然后我们能表现得更好,更准确的分离粒子类型是有益的。

我也认为你会看到“其他测量”不仅仅是添加图片来帮助粒子进一步分化。这里,发展“光谱分析”与“空间分析”的粒子可能被证明是有用的。这可能意味着从更多渠道的荧光类似于流血细胞计数器,发现类似的高光谱影像,光谱带的比较可以帮助识别。我们已经看到一些“组合工具”非常高的一端使用多个相同的仪器分析技术。这种类型的事情应该更加突出继续压低成本。它真的是一个令人激动的时刻的动态成像粒子分析业务!

关于卢布朗

卢布朗拥有成像科学学士学位从罗切斯特理工学院在罗切斯特,纽约欧洲杯线上买球,拥有超过25年的经验在数字成像和计算机图形学领域。现流体成像技术的技术总监,inc .),他负责所有技术营销活动相关的应用程序和使用液体成像的成像FlowCAM^©粒子分析系统。