在原位生物过程单细胞形态实时测定的显微镜

该方法通过对细胞的形态学评估，有助于回答种群异质性的关键问题。原位显微镜允许研究栽培条件、工艺产量和产品质量。该技术的主要优点是就地测量，无需采样即可提供实时数据或带来污染风险。

与自动图像识别相结合的原位显微镜可以提供超出大小的细胞结构、形状和细胞群聚集的其他信息。也可以测量细胞浓度。该方法已被证明是一个可靠的工具。

没有替代方法在如此短的时间内提供相同的信息，并且为样品制备提供了低工作量。该方法已适应各种生物工艺和微生物、SEG丝菌、微过敏和酵母。探头与计算机一起使用。

硬件由带高分辨率 CCD 摄像机的单杆探头组成。通过可调测量间隙的电池由摄像机成像。光线进入相机对面的间隙，这意味着照明是通过传输。

使用跨越预期范围的单元浓度设置硬件参数。开始为离线测量做准备。使用厚度计调整测量间隙。

然后转动探头螺钉螺母，将测量间隙设置为预期最大电池直径的 5 或 10 倍。在计算机上，打开探头控制器软件。在软件中，选择所需的探针并转到剖面操作。

然后按"连接"。接下来，转到"探测器控制"选项卡并打开它。按下播放按钮开始视频流。

将探头固定到三脚架上，并执行每次测量的以下步骤。使用探头并在测量间隙中喷洒乙醇。用光纸小心地擦去灰尘或污垢。

在计算机中，使用实时视图检查传感器的玻璃是否无颗粒。接下来，在测量间隙中放置干光纸进行对焦。转动绑定螺钉以手动移动对焦。

当测量间隙中纸张的单纤维清晰可见时，停止对焦。现在，得到一个管充满了文化汤。将显微镜浸入汤中，使间隙完全覆盖细胞悬浮液。

使用绑定螺钉微调电池上的焦点。完成此对焦后，在实验期间不要再次更改它。返回到实验的软件。

转到"触发"菜单。在"触发"菜单下，设置帧速率。建议离线测量一赫兹。

从那里，转到"每个触发器的帧"字段，并设置它作为所需的良好统计信息。这里，大约200个。此外，请转到"常规"菜单。

在那里，选择将在其中保存图像的目录。使用"开始图像触发采集"按钮开始图像采集。轻轻移动管子以在测量间隙中产生流量。

将实验第一次运行时的图像用作训练集。准备好开源软件斐济，将图像从实验放入其窗口中。完成后，选择"分析"，然后选择"工具"，然后选择 ROI 管理器。

接下来，选择一个选择工具。在图像中，确定要注释焦点的粒子。使用选择工具在圆周围画一个圆圈。

按"添加"可将注释添加到 ROI 管理器。接下来，选择画笔工具并选择适当的像素大小。使用画笔工具优化所选内容。

继续以相同方式标记所有感兴趣的对象，以相同方式显示大约 15 张图像。保存带注释的文件，并将它们用作训练集。当识别算法经过训练和准备时，使用它来可视化结果。

在结果分析器中，转到"文件"，然后转到"导入文件"。在那里，选择所需的结果文件。按"创建图表"按钮继续。

选择分布图。这将显示区域性的形态分布。返回创建图表以选择敏感度图。

显示的信息有助于确定必须分析多少个单元格才能获得所需的精度。完成离线测量后执行在线测量。对于在线测量，请将探头直接连接到生物反应器。

连接后，正确消毒组件。在仪表板中选择"监视"。有一个播放按钮来开始图像采集，有一个停止按钮来结束它。

按播放按钮。在生物反应器，开始接种培养物。摄像机将捕获单元格的视频并自动识别它们以进行分析。

在整个发酵过程中，监测提供不同细胞形态的细胞大小和形状的在线数据。实时结果可以采用各种格式格式化，并导出以作进一步分析。此 S.Cerevisiae 细胞直径的累积分布图是使用本技术分析的数据创建的。

它表明，自动细胞识别能够区分萌芽和非萌芽细胞。实心曲线是在三小时的栽培过程中分布的。虚线曲线是七小时相同的栽培的分布。

虚线曲线表示 13 小时时收集的数据。注释过程非常耗时，但它是实现细胞标识所需精度的关键。通过此过程，如果测量时间短于过程动态，则实时测量可用于过程控制。

该技术为利用种群异质性测量作为微生物栽培从早期工艺开发步骤到生产规模的工艺参数铺平了道路。