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3D Cell Explorer 用户手册(中文翻译 + 分析拆解)

产品:Nanolive 3D Cell Explorer(含 3D Cell Explorer-fluo 荧光版)
原始手册:Nanolive SA(瑞士洛桑)— www.nanolive.ch
手册结构:9 章 / 60 页 / 24 张图(本文选取 16 张核心图)


一、这是什么?🔬

3D Cell Explorer 是 Nanolive 推出的无标记活细胞三维断层成像显微镜,核心技术叫 "全息层析成像"(Holographic Tomography)——用一束 Class I 激光(λ=520 nm,样品曝光 0.2 mW/mm²,对细胞无光毒性)穿透活细胞,通过记录透射光的折射率(Refractive Index, RI)分布重建出细胞内部的三维结构。

1.1 与传统显微镜的三大区别

维度 传统光学显微镜 3D Cell Explorer
标记 必须荧光/染色 完全无标记(基于 RI)
维度 2D 或共聚焦 3D(需切片) 单帧即 3D 重建(0.5 fps)
光毒性 激光/汞灯/LED 损伤细胞 Class I 激光,0.2 mW/mm²,长时间活细胞成像无光毒
数据 灰度 + 荧光通道 RI 三维体数据 + 数字染色(基于物理参数,可定量化)

1.2 两个版本

1.3 全套交付件(共 16 件,包装清单见原文 P17)

编号 配件 数量
(1) 3D Cell Explorer 主机 1 台
(2) USB 2.0 线 1 根
(3) USB 3.0 线 1 根
(4) 供电线 1 根
(5) 电源线 1 根
(6) 清洁套装 1 套
(7) 可重复使用防尘罩 1 个
(8) WEEE 认证报告 1 份
(9) 物镜(MO)保护帽 1 个
(10) BNC 线(仅 fluo 版) 1 根
(11)-(16) CoolLED 照明系统全套(仅 fluo 版) LED 光源 + 直流电源 + IEC 电缆 + USB 2.0 + 液体光导光纤 LLG + 3 个激发光滤光片支架

二、仪器长什么样?📷

2.1 三视图(正面、侧面、背面)

图1 3D Cell Explorer 正面/侧面/背面三视图

图1 — 仪器三视图。从这三个角度可以看清旋转臂、XY 平台、扫描头、相机、底部接口的相对位置。

2.2 关键元件术语

图2 3D Cell Explorer 关键元件术语标注

图2 — 7 个核心元件:Scanning head(扫描头)/ Rotating arm(旋转臂)/ XY stage(XY 样品平台)/ Z knob(Z 轴调焦旋钮)/ Microscope objective(显微镜物镜,60X NA 0.8)/ Camera(CMOS 相机,1024×1024,165 fps)/ Peripheral mirror(周边镜,用于 3D 层扫)

2.3 荧光版与 CoolLED 光源

3D Cell Explorer-fluo 整体示意

fluo 版与基础版外形一致,区别在背部多一个 LLG 液体光导光纤接口和 BNC 触发接口。

CoolLED 光源系统

CoolLED pE-800 系列光源:可同时安装 3-4 个激发光滤光片(DAPI 蓝色 / FitC 绿色 / TritC 橙色 / Cy5 红色),切换速度 < 100 μs,每个通道寿命 > 20,000 小时。


三、技术规格详解 📋

3.1 3D Cell Explorer(基础版)

项目 规格 备注
尺寸(宽×深×高) 380 × 170 × 445 mm 桌面型
重量 8 kg 单人可搬
运行环境 20–30°C / 100-240 VAC / 50-60 Hz / 1.0-0.5 A 温控关键
相机 CMOS,165 fps,1024×1024 像素,USB 3.0 本机采样
显微镜物镜 60X 放大,非油镜 免维护
激光 Class I(λ=520 nm,样品曝光 0.2 mW/mm²) 无需护目
视野(FoV) 85 × 85 × 30 µm 单次 3D 重建范围
横向光学分辨率 200 nm 比共聚焦弱,但够看亚细胞
轴向光学分辨率 400 nm
横向采样(本机输出) 183 nm
轴向采样(本机输出) 482 nm
层析成像帧速率 0.5 fps(每 2 秒一次完整 3D 重建) 慢但够用
自调整时间 < 90 秒 取决于光学厚度

3.2 3D Cell Explorer-fluo + CoolLED

项目 全息层析 荧光成像
尺寸 380×170×445 mm 77×186×162 mm(CoolLED 控制器)
重量 8 kg 4 kg
环境温度 20–30°C 5–35°C
电压 100-240 VAC 110-240 VAC / 2 A
相机 USB3.0 CMOS Sony IMX174(QE 70% @ 545 nm,暗噪 6.6 e⁻,动态范围 73.7 dB) —
视野 90×90×30 µm 90×90 µm
横向分辨率 200 nm 400 nm
通道数 同时最多 7 个(RI 数字染色) 3 通道荧光(标配 3 + 可升级 4)
帧速率 0.5 fps 3 fps/通道
滤光片配置 — 标配:FitC+TritC+DAPI(蓝色)
或 FitC+TritC+Cy5(红色)
满配 4 个:TritC 和 Cy5 滤光片在通道 3 上互换

3.3 计算机要求(必须项)

⚠️ GPU 是硬门槛 — 没有 NVIDIA 独显 8GB 跑不动 STEVE 全功能。

项目 最低要求
CPU 2.00 GHz 四核或更快
内存 16 GB DDR3 起步
硬盘 STEVE 装系统盘 2 GB 即可,采集数据单独 1 TB 盘(0.5 fps 持续采集每小时 1-2 GB)
GPU NVIDIA 独显 8 GB 专用显存(4 GB 不够)
USB 至少 1 个 USB 3.0 口(相机用)
系统 Windows 10 64 位 + 最新 NVIDIA 驱动 + USB 3.0 驱动
网络 装软件时需联网

💡 供应商可提供"经过测试验证的电脑/笔记本清单"(原文 P15)—— 客户买机器前咨询供应商要这份,避免自己攒机踩坑。


四、首次启动 — 物理安装 9 步 🔌

4.1 拆箱与定位

图3 包装内容组件

图3 — 包装内 16 件组件。fluo 版多一根 BNC 线和 CoolLED 照明系统。

步骤 1:将主机放在稳定、平坦、水平、坚固的工作台上。抓持部位是底部或两侧,严禁提相机部位(P19 图 4 警示)。误操作损坏不在保修内。

步骤 2:撕下一次性塑料包装膜,拔下红色乙烯基物镜保护帽。

4.2 CoolLED 照明系统接线(仅 fluo 版)

⚠️ 安全第一 — 装 LLG 之前不要先接主电源。

步骤 3:CoolLED 照明系统放在显微镜旁边、垂直于平面,每侧留 200 mm 散热空间(P22 图 d)。

步骤 4:把 3 个激发光滤光片支架(标配 DAPI / FitC / TritC 或 Cy5)插入 CoolLED 顶部槽位,注意方向(P21)。

步骤 5-6:在 CoolLED 端装 LLG。

图a LLG 端部拆盖

图a — 从 LLG 一端拆下红色乙烯基盖。

图b/c/d LLG 接入 CoolLED + 显微镜附近放置

图b — 把 LLG 尽可能插入 CoolLED 顶部接口,用 1.5 号内六角扳手固定(力矩不能过大,会损坏 LLG 头端降低耦合效率)。
图c/d — 装好 LLG 的 CoolLED 整体外观,垂直放置,每侧 200 mm 散热间距。

步骤 7:在显微镜端装 LLG。

图g LLG 接入 3D Cell Explorer-fluo 显微镜

图g — LLG 另一端插入显微镜侧面的光纤接口,3 颗固定螺丝依次拧到物理接触后轻轻加力。任何对 LLG 头端的物理损伤都会导致到样品的耦合光功率不可逆损失。

💡 LLG 弯曲半径铁律(P24 图 i/j):

  • 短期弯曲半径 R > 40 mm
  • 长期弯曲半径 R > 75 mm
  • 实测 90 mm 弯曲最稳
  • 严禁拉伸、扭结、接触锋利物 —— 内部玻璃光纤会断,导致光输出减少

步骤 8-9:CoolLED 接入电源(直流电源→CoolLED,电源插头平面向内 P25 图 m)+ USB 2.0(CoolLED→PC)+ BNC(CoolLED→显微镜触发)。

4.3 主机电源 + USB 连线

步骤 动作 注意事项
1 USB 3.0 线连接显微镜侧面 → PC 拧紧固定螺丝,必须插 PC 的 USB 3.0 口(不是 2.0)
2 USB 2.0 线连接显微镜背面 → PC 任意 USB 口
3 电源线 → 电源 → 插座 确认电源开关关闭再插
4 fluo 版:CoolLED 电源线 → IEC → 插座 CoolLED 自身无电源开关,插入即通电

4.4 装 STEVE 软件

去 www.nanolive.ch/register 注册机器(序列号在机器底部/送货单/快速指南背面),下载 STEVE。重要:启动 STEVE 时右键 → "使用图形处理器运行" → 选 "Nvidia 高性能"(不选高性能 = 集显跑,巨慢)。


五、正确移动 / 运输 ⚠️

这一段在原文 P30-P37,全部是运输保护要点,客户买完常忽略导致返修。

5.1 移动前必做

  1. 拔所有线:电源 + USB 2.0 + USB 3.0(fluo 版再加 BNC + LLG)
  2. 用 Z 轴旋钮把样品平台升到顶部位置(不升顶 = 移动时撞坏物镜)
  3. 样品平台用红色固定螺钉进一步锁定
  4. fluo 版:用红色乙烯基帽盖 LLG 两端 + 黑色乙烯基帽盖显微镜物镜

5.2 样品平台固定

样品平台固定示意

左侧图示 = 运输过程中高风险损坏的姿势(平台没升顶)。右侧图示 = 正确姿势(Z 旋钮升到顶,红色固定螺钉锁死)。

红色固定螺钉位置

红色固定螺钉位置。拆装操作工作台时必须同步拆装这颗螺钉。

5.3 握持姿势

原文 P37 图示:底部或两侧抓持,不要提样品平台 / 不要提旋转臂 / 不要提相机。

5.4 LLG 端部保护


六、样品制备建议 🧫

原文 P38 只给了概要,详细 SOP 在供应商的**《Nanolive 实验准备 protocol》**(中文版)和 Nanolive 官方的 Best Staining Practices(英文版)。

6.1 适用的样品容器

容器 适用情况
玻璃盖玻片 固定细胞(贴壁后固定)
FluoroDish™ 培养皿 活细胞长时间成像(首选)

不适用:玻璃底以外的塑料底、悬浮细胞直接滴(光路穿过液柱太长会衰减)。

6.2 关键经验法则(原文 P38)


七、光学元件清洁步骤 🧹

原文 P39-P40:清洁是唯一用户可做的维护,其他都不要拆(拆了保修失效)。

总原则:

7.1 显微镜物镜(最频繁清洁)

图7 显微镜物镜清洁

图7 — 物镜是最容易污染的元件(样品就在它上面),需定期清洁。

7.2 旋转臂扫描镜(偶尔清洁)

图8 扫描镜清洁

图8 — 旋转臂上的扫描镜暴露较少,不需要频繁清洁。

7.3 旋转臂中央镜(最少清洁)

图9 中央镜清洁

图9 — 中央镜不外露,只需偶尔清洁。

💡 物镜不用时强烈建议套红色乙烯基帽(P33 警示)—— 防尘是清洁的最省事方式。


八、STEVE 软件 — 怎么采集和染色 🎨

原文 P41-P55 是软件使用说明。STEVE = "Software for Tomographic Explorer for Visualization and Evaluation"。

8.1 软件核心功能

模块 功能
显微镜控制 单次 3D 采集、延时 3D 采集、辅助明场选视野、全自动自调整
2D 视图 X-Y 断层切片 + 用户定义染色叠加
3D 视图 三维体绘制(体素模式 / 表面模式)+ 截图 + AVI 视频录制
数字染色 基于折射率(RI)而非颜色的物理参数染色 —— 可定量化
数据导出 raw / tiff / obj / png / jpeg + 专有 .vol/.vo1x 压缩格式
数据注释 每个测量文件可加自定义属性(X size / Acq Time / 备注)
半自动更新 新版本自动提示,关软件 → 维护工具 → 更新组件

8.2 软件界面(图10)

图10 STEVE 软件主界面

图10 — STEVE 主界面分区:① 2D 视图(左侧)② 3D 视图(右上)③ 面板查看器(中下,RI × RI 梯度二维空间)④ 染色选取(右下)⑤ 按钮区 + 滑块 + 时间线 + 染色属性。

8.3 启动一次采样的完整流程

  1. 开软件 → 打开 3D Cell Explorer 电源 → 等 STEVE 自动识别(必须 USB 3.0 接对,否则报 Connection failure err.3.3)
  2. 白光选视野 → 用显微镜的 XY + Z 旋钮找细胞(白光模式只是辅助用,不拍数据)
  3. 选浸没介质 → STEVE 弹窗让选 RI(水 / DMEM / 自定义值)—— 错选 = 重建成像模糊
  4. 单次采集 → 点 "3D 按钮" 或 Microscope → Single Shot → 选 RI → 自动开始(0.5 fps = 2 秒出结果)
  5. 数字染色 → 在 2D 视图画感兴趣区 → 选颜色 → 染色显示在面板视图
  6. 保存 → Save 按钮 → 默认 .vol 格式(只有 STEVE 能读)

8.4 延时采集

点 "4D 按钮" 或 Microscope → Time Lapse → 弹 2 个对话框:

可设自动停止或手动停止。

8.5 数字染色 — STEVE 的灵魂

为什么重要:因为原始数据是 RI 三维体(看起来是灰度的),数字染色让你能"把不同 RI 值标成不同颜色",相当于无标记的多重免疫荧光。

操作 10 步(原文 P51-P52 详细):

  1. 选有意义的断层(2D 视图拖动 / 滑块)
  2. "+" 新染色
  3. 起名(可选)
  4. 选颜色
  5. 在 2D 视图画感兴趣区(像素会高亮,松开鼠标 → 根据选定像素计算染色范围)
  6. 染色显示在面板视图(RI × RI 梯度空间)
  7. 调不透明度 / 边缘柔和度 / 染色形状
  8. 加更多染色 → 重复
  9. 一次采集下最多 7 个 RI 数字染色 + 3 个荧光通道 = 10 个标记同时呈现
  10. 染色可隐藏 / 删除 / 改色

💡 数字染色的精度依赖"样本制备的折射率均一性"——这是 Best Staining Practices 文档的核心内容。原文 P56 留了下载链接,中文版咨询供应商。

8.6 数据保存与导出

图16 保存窗口

图16 — Save 按钮 → 默认存 .vol 格式。

图17 导出设置

图17 — File → Export → 可选导出范围(单帧/全帧/每隔 N 帧)、数据类型(RI 值 / 荧光通道)、文件格式(raw / tiff / obj / png-jpeg)。

注意:


九、故障排除 🔧

原文 P57-P58 故障码清单。整理如下:

错误码 模块 原因 + 解决
err.1.1 校准失败 样品上方液体过多 / 旋转臂路径有物体阻挡 / 培养皿壁挡光 → 移动到皿中心位置
err.1.4 校准失败 样品吸收性太强(如浓染料 / 厚组织)→ 换一个区域或联系供应商客服
err.2.1 采集失败 当前位置不行 → 换区域 / 清洁物镜 / 检查样品制备是否符合 protocol
err.3.1 连接失败 USB 2.0 没接好 / 显微镜没开 → 重启 PC + 重插线
err.3.2 连接失败 USB 3.0 没拧紧 / 没接 PC 的 USB 3.0 口
err.3.3 连接失败 USB 3.0 线被 PC 识别成 USB 2.0(驱动问题)→ 换 USB 3.0 端口 / 装主板 USB 3.0 驱动
err.3.4 连接失败 显微镜初始化失败(旋转臂受阻)→ 关电源 → 检查旋转臂能否自由转动
err.3.6 连接失败 显微镜需要维修 → 联系供应商
err.3.7 连接失败(仅 fluo) 荧光模块连接失败 → 检查 CoolLED 电源 + USB
err.3.8 连接失败 固件更新错误 → 联系客服
err.5.1 处理失败 GPU 不满足要求(至少 NVIDIA 2 GB 专用显存)→ 升 NVIDIA 驱动

十、关键安全/合规要点 ⚠️

原文 P1-P5 安全说明(产品销售时必读,客户常忽略)。

  1. 激光 Class I(λ=520 nm):对眼睛无害,但禁止非授权打开盖子进入激光路径
  2. CoolLED 光源(仅 fluo):可能发射紫外线(取决于波长配置)→ 避免直视光源 + 用导光光纤时不遮盖(火灾风险)
  3. EN/IEC 61010-1:2010 + EN62471:2008 双重认证(光源风险组 3)
  4. 清洁禁用易燃/有毒溶剂;可用乙醇/异丙醇(远离火源,通风良好)
  5. 不可在潮湿环境使用
  6. 用户有责任避免生物样品污染(每次用完清洁)
  7. 任何维护前断开电源

十一、产品定位与销售要点 💼

本节从产品手册反推的销售视角(Robin 9X Bio 业务参考)

11.1 真实应用场景(手册 P8-P10)

场景 用 3D Cell Explorer 的理由
细胞分裂追踪 无标记 + 长时程 + 单细胞分辨率,不干扰细胞周期
细胞形态监测 3D 重建 = 看得见整体形态变化(凋亡 / 分化 / 药物反应)
胞内运输 无标记可看囊泡 / 细胞器 RI 变化
细胞重塑 / 死亡(凋亡 vs 坏死) 长时程能区分"程序性死亡"和"被动死亡"的形态动力学差异
药物监测 治疗浓度下的细胞形态变化实时观察,比 endpoint 测活更敏感
纳米颗粒内化 无标记可直接看纳米颗粒进入细胞的过程(RI 差异)
体外受精 卵母细胞 / 胚胎发育追踪
组织成像 病理切片 + 组织形态学
蛋白定位 / 药物跟踪(仅 fluo) RI 结构 + 荧光化学共定位 = 一次采集 = 两个维度信息
亚细胞结构分析(仅 fluo) 长期 3D + 3 通道荧光 + 7 通道数字染色 = 10 标记同时呈现

11.2 与 9X Bio 现有产品线的差异化

维度 CelVivo ClinoStar 3Brain MEA Nanolive 3D Cell Explorer
原理 旋转悬浮培养(无支架) 微电极阵列电生理 全息层析(无标记 + RI 重建)
是否标记 — 电生理无标记 无标记
读出 球体形态 / 切片染色 电信号(spikes / LFP) RI 3D 体数据 + 数字染色
时间分辨率 数天-数周(培养周期) ms 级(电生理) 0.5 fps(2 秒/帧 3D 重建)
空间分辨率 球体级(μm-mm) 单细胞 / 亚细胞 200 nm 横向 / 400 nm 轴向(亚细胞)
侵入性 无 电极贴附 无(光毒性极低)
典型应用 类器官长期培养 / 药筛 神经 / 心肌 / 视网膜电生理 无标记活细胞形态学 / 药筛 / 蛋白定位(fluo)

Nanolive 在 9X Bio 产品组合中的独特定位:

11.3 销售常见客户问题 Q&A

客户问题 答案(来自手册)
"需要荧光标记吗?" 不需要(基础版)。基础版完全无标记。fluo 版才需要荧光(用于共定位)。
"会损伤细胞吗?" 不会。Class I 激光 0.2 mW/mm²,是共聚焦的千分之一。光毒性低到可做一周以上活细胞成像。
"能看多深?" Z 方向 30 µm。贴壁细胞单层够用,球体或厚组织需要切片或光透明。
"分辨率多少?" 横向 200 nm / 轴向 400 nm。比共聚焦弱(200 nm 是横向极限),但对细胞器 / 囊泡尺度足够。
"数据多大?" 0.5 fps 持续采集 ≈ 1-2 GB/小时。建议配 1 TB 数据盘单独存。
"能导出到 Imaris 吗?" 能。导出 obj 格式直接进 Imaris / Amira / Arivis。
"能加荧光吗?" 可以。买基础版后想升级 → 联系供应商加装 CoolLED + LLG + 物镜改造。
"保修多久?" 手册未列明,需向供应商确认。误操作损坏不在保修(P19 警示)—— 客户培训很重要。

11.4 客户选型建议(基于规格)

客户类型 推荐版本 理由
纯形态学 / 长期活细胞 基础版 便宜 30-40%,无标记足够
已有荧光实验 / 想结合蛋白定位 fluo 版 3 通道荧光 + 7 通道数字染色 = 10 标记同时
神经 / 心肌电生理 不推荐 这类需求用 3Brain 更对路
类器官 / 球体培养监测 基础版即可 配合 CelVivo 用,无标记看球体内部结构
药物筛选(高内涵) fluo 版优先 多通道 + 长时程 + 自动化
组织病理 看厚度 < 30 µm 用基础版,> 30 µm 需切片 + 光透明

十二、关键资料链接 🔗


📥 原文 PDF 链接

📄 3D Cell Explorer 用户手册 PDF(中文版,60 页,2.2 MB)


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