质保3年只换不修，厂家长沙实了个验仪器制造有限公司

一、引言

在细胞生物学、药物研发及生物制药领域中，细胞计数与活性分析是最频繁、最基础的实验操作之一。传统人工计数方法依赖血球计数板和显微镜观察，操作过程耗时且误差较大。
赛默飞（Thermo Fisher Scientific）推出的 Invitrogen Countess 3 自动细胞计数仪 通过光学成像、智能算法与高性能硬件实现了从样品加载到结果输出的全自动分析，大幅度提升了检测速度和实验效率。
该仪器以“快速、准确、重复性高”为核心设计理念，在10秒内即可完成一份细胞样品的计数与活性分析。本文将系统解析其检测速度的原理、技术机制、影响因素及应用优势。

二、检测速度的定义与意义

1. 定义

检测速度（Detection Speed）是指仪器在单位时间内完成细胞样品成像、分析和结果输出的能力，通常以“秒/样品”或“样品/分钟”表示。
对于Countess 3而言，其检测速度不仅仅指硬件的处理速度，还包括样品加载、自动聚焦、成像采集、算法分析及结果显示的全过程。

2. 意义

检测速度在实验室工作中具有重要意义：

• 提高通量：能在短时间内处理更多样品；

• 节省人力：自动化操作减少人工干预；

• 保证时效性：适用于时间敏感的实验，如药物反应监测；

• 增强实验重复性：缩短操作间隔，减少人为误差；

• 支持连续检测：在大规模生产监控中实现实时数据更新。

三、Countess 3的检测速度性能指标

1. 官方性能参数

这些性能数据表明，Countess 3在检测速度上相较传统方法提升了10–20倍以上。

2. 与人工计数的对比

这意味着实验人员在相同时间内可完成约60倍以上的样品处理量。

四、快速检测的技术原理

Countess 3之所以能实现如此高效的检测速度，源于其在光学系统、硬件架构、软件算法和数据处理流程等方面的综合优化。

1. 光学系统优化

采用高亮度LED光源与固定光路设计，无需人工调节照明角度。
光强稳定性误差小于±2%，可在极短时间内完成均匀照明与成像，消除了因光线不稳定造成的多次聚焦延迟。

2. 自动聚焦系统

内置步进电机驱动的自动聚焦机构，通过计算图像清晰度函数实时确定焦点。
算法采用Laplacian方差分析法，仅需2–3秒即可完成精准聚焦，聚焦误差小于±1 μm，避免了传统显微镜手动调焦所需的反复尝试。

3. 快速成像传感技术

配备高分辨率CMOS传感器（2048×1536像素），帧率高达60帧/秒，单张图像采集时间不足0.5秒。
由于成像区域一次覆盖整个样品腔，无需分区扫描，大幅缩短图像获取时间。

4. 图像处理算法加速

系统采用AI智能识别算法，可在图像采集的同时并行处理数据。

• 使用GPU并行加速架构；

• 图像预处理（去噪、分割、边缘检测）在1秒内完成；

• 活死细胞识别与计数分析在2–3秒内完成。

5. 软件与硬件协同优化

Countess 3的操作系统采用嵌入式Linux内核，支持多线程数据流。硬件CPU与GPU协同运行，确保成像与计算同步进行。
在图像采集完成的瞬间，算法即可启动，从而实现“零等待”分析。

五、检测流程分阶段速度分析

Countess 3的检测过程可分为五个阶段，每个阶段均有针对性的速度优化设计。

1. 样品加载阶段

• 使用一次性计数芯片或可重复载片，加载体积仅10 μL；

• 芯片结构优化，使样品快速扩散、填充均匀；

• 加载操作耗时约2秒，避免手动涂布与气泡干扰。

2. 自动聚焦阶段

自动聚焦通过步进电机逐层扫描焦距，在约2秒内锁定最佳清晰平面。
相较手动调焦（约30–60秒），时间节省超过90%。

3. 图像采集阶段

CMOS传感器捕获全视场图像，仅需0.5秒；图像分辨率高达1.5 μm，能清晰区分4–60 μm直径的细胞。

4. 图像识别与分析阶段

图像采集完成后，AI算法立即进行分析：

• 细胞边界识别：0.8秒；

• 聚团细胞分割：1.0秒；

• 活死细胞判断：1.5秒；

• 统计计算与输出：1.0秒。
  总耗时约4秒。

5. 数据输出阶段

检测结束后，结果在触控屏上即时显示，包括细胞总数、活性比例、平均直径等信息。
同时可在2秒内导出至U盘或实验室网络系统。

六、影响检测速度的关键因素

尽管Countess 3具有极高的检测速度，但不同实验条件下速度表现可能有所差异。以下为主要影响因素及优化建议。

1. 样品浓度

• 当细胞浓度超过5×10⁶ cells/mL时，细胞重叠会增加算法识别负担，检测时间可能延长1–2秒；

• 建议保持样品浓度在1×10⁵–5×10⁶ cells/mL范围内。

2. 样品均匀性

若样品未充分混匀或含有气泡，系统需额外执行图像校正，导致分析时间延长。混匀样品可提高检测稳定性并节约时间。

3. 染色方法

使用荧光或双染模式（如Calcein-AM/PI）时，由于需进行多通道曝光和信号叠加，检测时间会增加至约12–15秒。
若仅使用明场台盼蓝模式，速度可保持在8秒以内。

4. 自动曝光模式

自动曝光可根据样品亮度自动调节光强，通常增加1–2秒处理时间。对于熟悉的样品类型，可采用固定曝光值以进一步加快检测。

5. 数据存储方式

若同时启用图像保存和多格式导出功能，系统需进行文件压缩与写入操作，约增加2秒。关闭自动保存可获得最高检测速度。

七、检测速度与计数准确度的平衡

高速检测的前提是数据准确性不受影响。Countess 3通过以下机制确保在高速度下仍保持优异精度。

1. 光学成像稳定性：LED照明稳定性±2%，确保快速曝光仍具高对比度；

2. 算法自适应机制：在快速模式下，算法自动调整识别阈值以适应不同样品亮度；

3. 图像质量监控：系统实时评估图像清晰度，若低于阈值将自动重新聚焦；

4. 数据重复验证：每次检测自动进行多次计算校验，防止异常数据误判。

实验证明，即使在最快检测模式下（<8秒），Countess 3的计数误差仍低于±5%，与标准血球计数法高度一致。

八、高速检测的实际应用优势

1. 大通量样品分析

在药物筛选或细胞培养过程监控中，通常需要检测几十至上百个样品。Countess 3的高速度使得单日可处理样品数提高至2000个以上，极大提高实验室通量。

2. 细胞培养过程控制

在生物制药生产中，培养状态监控需定时采样。Countess 3能在短时间内完成检测并返回数据，使操作者能即时调整培养参数。

3. 药物毒性与响应实验

在需要连续监测细胞活性的实验中（如药物暴露曲线），快速检测可实现高时间分辨率的数据采集。

4. 临床研究与自动化集成

由于检测周期短，Countess 3可与自动化移液系统集成，实现无人化操作，适合高通量筛查平台。

九、不同模式下的速度比较

不同模式可根据实验需求选择，兼顾速度与分析深度。

十、检测速度的维护与优化策略

1. 保持光学系统清洁：镜头或载片污染会影响自动聚焦速度；

2. 定期校准自动聚焦系统：每月执行一次校准以维持响应灵敏度；

3. 控制样品温度：避免凝结影响成像速度；

4. 更新软件版本：最新算法可提升数据处理效率；

5. 合理批量检测：连续检测时按顺序加载样品，减少操作间隙。

通过以上优化，仪器可稳定维持每样品8秒左右的检测效率。

十一、速度性能验证实例

实验室以CHO细胞为样品，分别测试人工计数与Countess 3自动检测的速度与精度：

结果表明，Countess 3在保证精度的同时，检测效率提升约70倍。

十二、速度提升的技术趋势

随着生物研究对高通量和实时检测的需求不断增长，Countess 3系列的快速检测技术代表了未来的发展方向：

1. 并行成像算法：将多个视野同时捕获与计算；

2. GPU深度学习分析：在更短时间内完成复杂分类；

3. 自适应曝光控制：进一步缩短聚焦与校准时间；

4. 自动化样品加载系统：实现连续检测与无人值守操作。

未来版本的检测速度预计可进一步提升至5秒/样品以下。