摘要：生物医药产业呈现出蓬勃发展的态势之下，生物技术与制药研发活动日益频繁。在药物筛选、细胞异质性研究、基因功能探索等领域，高内涵成像分析技术作为支持精准研究的关键性技术之一，其应用需求持续攀升。与此同时，全球生物医药研发正陷入“创新者的窘境”——跨国药企每10亿美
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高内涵细胞成像系统的行业背景：需求、技术与国产替代的三重奏
在市场需求、技术创新以及国产化进程交汇融合的背景下，高内涵细胞成像系统的快速发展恰逢其时。
终端需求增长
生物医药产业呈现出蓬勃发展的态势之下，生物技术与制药研发活动日益频繁。在药物筛选、细胞异质性研究、基因功能探索等领域，高内涵成像分析技术作为支持精准研究的关键性技术之一，其应用需求持续攀升。与此同时，全球生物医药研发正陷入“创新者的窘境”——跨国药企每10亿美元研发投入仅能转化0.18个新药的现实，生物医药研发行业对提高研发效率的诉求愈发迫切。而在国内，后疫情时代的到来伴随着政策变量，在带量采购常态化和医疗反腐深化的形势下，本土药企承受着“既要降本又要创新”的双重压力，我国生物医药研发领域也同样面临着更加严格的成本控制要求。
站在产业转型的临界点，高内涵成像系统已不仅是科研工具，而是应对生物医药研发效率全球性困局的重要解决方案之一。与此同时，终端需求的量变积累和迭代升级，正牵引着高内涵细胞成像分析系统朝着更加经济、高自动化水平以及与AI技术融合的方向演进。
底层技术突破
高内涵细胞成像系统是技术密集型产品，其演进在本质上是分子生物学工具、光学成像技术、自动化设备及计算科学四大领域的底层技术突破协同作用下的结果。
在分子工具层面，荧光探针、基因编辑技术及全基因组RNAs文库的结合，不仅为高内涵分析提供了分子级别的观测基础，更创造出可实时追踪细胞代谢动态的“示踪剂”。光学成像技术的突破直接提升了系统性能，sCMOS相机与磷酸砷化镓（GaAsp）检测器显著增强了信号采集能力，结合受激发射损耗（STED）等超分辨技术，使系统能够捕获传统光学显微镜无法观测的亚细胞结构细节。自动化和机器人技术为海量数据产出铺设了工业化级的基础设施，即通过精准控制着机械臂的定位精度、温控系统的波动等参数，使得生物实验不再受限于人工操作的物理边界，转而进化为可精准复现的“数字孪生”，实现从细胞培养到数据分析的全流程无人值守。在数据洪流的终端，计算能力的跃升也解决了海量数据的处理瓶颈，图形处理器（GPU）等加速计算与三维重构算法的突破正将图像数据库转化为可操作的生物学洞见。
此外，这四大技术领域的创新并非孤立演进，而是在深度融合后，实现指数级的放大效应：光学突破获得的海量数据需要算力消化，分子探针的精准标记依赖自动化系统实施，而所有技术突破的最终价值，在AI赋能的智能分析平台上实现质变，最终达成“分子标记-光学成像-自动采集-智能分析”的技术闭环。
国产替代窗口
长期以来由于技术壁垒和先发优势，高端科学仪器市场由国际知名品牌把控着，这种产业格局不仅导致我国科研机构与药企承受进口设备溢价带来的采购成本高，更衍生出核心技术“卡脖子”、供应链断供风险、维修响应滞后等系统性风险。在此背景下，高端科学仪器国产替代已从战略选择升维为国家科技安全的必答题，政策引擎的持续加码为国产突破注入确定性。
从“十三五”期间《国家重大科研基础设施和大型科研仪器开放共享管理办法》的出台，到“十四五”期间提出建设重大科技创新平台，加强高端科研仪器设备研发制造，再到2024年12月，国家财政部公开发布《关于政府采购领域本国产品标准及实施政策有关事项的通知（征求意见稿）》，该通知明确了科学仪器行业的“国产”定义标准，并指出未来国产仪器在政府采购中将享受实质性政策优惠，例如产品整体价格给予20%的扣除，以扣除后的价格参与政府采购评审。可见，政策导向正在形成“技术攻坚-产业培育-市场应用的全链条支撑体系。
与此同时，国产替代的进阶路径正往纵深处发展。早期的国产设备主要聚焦中低端市场，通过性价比优势实现首轮市场渗透。而随着技术积累与产业链协同效应显现，国产厂商开始向包含高内涵细胞成像系统在内的高端市场突围。未来，高内涵细胞成像设备将依托这一系统性的国产化替代机会，快速进入更多科研机构和生物医药企业的实验室，有效填补国产市场的空白。此外，国产的高内涵细胞成像系统也将通过国际一流的产品力，让使用者从原先的“不愿用”逐渐转变为“主动用”。
02
生物学研究迈向高通量、大数据的新时代，高内涵技术将细胞成像提升至“组学”水平，但面临着技术实现、系统协同、数据治理及跨学科协作的研发挑战
科研仪器的水平，在很大程度上决定了基础科学研究的广度和深度。然而，以往的传统细胞生物学研究往往局限于单参数、小样本的分析模式，即单次实验通常只能获取2-3个表型参数，样本处理量不足百例，难以全面地揭示药物的作用机制或疾病的发生机制。
面对现代生物药研究对于高通量、大数据的需求，高内涵成像技术搭载着包括细胞或细胞群体的荧光强度、形态学及细胞纹理学信息、细胞靶标分子的空间分布及动力学特征、细胞数量以及亚细胞的显微结构等在内的多元化功能模块，并通过单次实验同步捕获数十个细胞参数、处理万级样本的规模优势，实现精度与效率量级的双提升。更进一步来看，高内涵系统正演变为“多组学”研究的核心枢纽。通过对细胞进行高分辨率成像以及高通量数据分析，将基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学和表型组学进行串联，整合多组学信息，构建起数据密度更高、维度更完整的决策基座。
而高内涵细胞成像系统的开发是一个复杂的体系，面临着技术实现、系统协同、数据治理及跨学科协作四大维度的难点。“集大成者”的研发厂商，则需通过模块化设计、智能补偿算法与标准化生态建设逐步突破瓶颈，并增强纵向的技术及产业链整合能力。
技术复杂性和集成性挑战
高内涵成像系统的研发需要跨越重重技术障碍。在硬件层面，相关研究人员朝着多项关键性能的技术高地发起攻关：光学成像模块正追求科研级sCMOS相机量子效率超过95%的技术指标，精密机械控制部分的机械臂着力于达成亚微米级别的定位精度，微环境调控单元则需确保温控波动幅度控制在0.1摄氏度以内。软件层面的挑战同样显著，现有的图像处理架构亟待升级，开源平台如CellProfiler对超分辨图像的支持力度有限，使得在复杂成像模式下的算法开发效率低下。
此外，高内涵系统的技术集成并非简单的模块拼装，而是需要解决多学科技术间的物理兼容性、功能耦合性及性能平衡问题。物理兼容性方面，光学-器械协同存在难题，例如，高分辨率成像要求物镜和滤光片等光学组件，需要与机械载物台的运动精度严格匹配；自动化-生物学实验整合时，液体表面张力与微流控通道的兼容性设计仍是痛点，要求液体处理拥有较高精度。功能耦合性方面，需要确保成像和分析之间形成实时闭环，例如，高速相机产生的数据流需与图像处理算法实时对接，以防数据丢帧；共聚焦和光片成像等多模态成像时，需要进行跨模式的算法校准。系统级稳定性方面存在电磁兼容问题，例如，机械臂电机与高灵敏度探测器共存时，电磁干扰可使图像本底噪声增加，需采用分层屏蔽设计。此外，性能方面亦需要取舍，包括分辨率和通量之间的矛盾以及精度和成本之间的平衡。
软件与硬件协同发展困境
软硬件技术迭代速度之间的差异性是制约系统性能释放的关键因素。硬件设备的更新周期通常约为3-5年，而AI算法的迭代周期可缩短至12个月以内。随着时间的推移和技术的进步，新模型的计算需求不断增加，对硬件设备的计算能力提出了更高的要求，以适配算法。接口标准化缺失进一步加剧协同难度，不同厂商的硬件接口协议差异，如PerkinElmer的专有API、Molecular Devices的Java SDK，使第三方软件的适配成本答复增加。实时性需求与算力限制的矛盾同样突出，动态成像场景要求毫秒级图像处理，但现有边缘计算模块的功耗与性能平衡能力不足，导致实时应用仍需依赖外接工作站。
数据治理体系构建难题
海量数据的标准化与共享机制缺失严重制约技术价值释放。数据格式碎片化问题突出，不同设备生成的专有格式可能因编码方式、数据压缩率等因素导致在数据转换过程中出现损耗。尽管行业推动开放标准OME-TIFF用于存储和共享生物医学图像数据，但其采用率仍受限于对新标准的认知程度、旧有系统的兼容性、转换成本等因素。
此外，公共数据库缺乏完整的实验条件记录，元数据标注不完善进一步降低数据复用价值。存储成本高企亦是痛点，单次全视野3D时序成像实验数据量可达TB级，设备存储成本高昂，若进行降分辨率存储，便会牺牲关键信息。数据共享机制的不健全同样显著，多中心研究项目中因权属协议缺失，导致数据无法开放共享，进而难以释放数据的价值。
跨学科协作与资源整合瓶颈
高内涵成像系统的研发需要跨学科的合作和资源整合。生物学家与工程师的需求错位导致功能开发偏离实际应用场景，例如，生物学家关注细胞形态与基因表达的关联性，而工程师更聚焦技术参数优化。此外，供应链层面的资源分散问题同样突出，例如，核心部件sCMOS传感器依赖于索尼、安森美等，AI芯片通常采用英伟达方案。
03
全球范围内高内涵细胞成像系统经历了技术融合到多学科智能化的持续演进，行业内的参与者们呈现出“国际主流、国产突破”的格局
回望高内涵细胞成像系统的迭代历程，其发展始终围绕行业需求升级与底层技术创新的双轮驱动。
自1990年代初期以来，高内涵细胞成像系统经历了从技术融合到多学科智能化的持续演进。以流式细胞术与数字成像显微镜结合为起点，首个集成化平台ArrayScan应制药行业对高通量筛选的需求而生。随后，1990年代末至2000年代初进入商业化于初步应用阶段，在人类基因组测序推动下，对疾病遗传基础的理解加深，促进了高内涵成像技术的发展，商用高内涵成像平台开始配备预定义的图像分析算法，加速靶向药物开发。2000年代中期至2010年代初，开源工具与AI/ML技术萌芽，高内涵成像数据的分析从简单的定量测量转向更复杂的表型分析。2010年代中期至今，技术全面多元化，3D成像、表型组学、深度学习及实时监测深度融合，结合多模态成像拓展应用场景，支撑精准医学的快速发展。
图：全球高内涵细胞成像系统的迭代历程
如今，高内涵成像系统呈现“国际主导、国产突破”的格局，赛默飞EVOS M7000产品以全自动化和活细胞成像等见长，丹纳赫ImageXpress Micro支持高通量共聚焦以及大视野成像，安捷伦BioTek Cytation C10整合多模态成像与微孔板检测功能，瑞孚迪Operetta CLS Quattro提供多种成像模式以及灵活的软件分析功能，赛多利斯Incucyte具备活细胞动态分析能力和操作简便性。而镁伽CellVue® T2000是国产代表，在成像性能和AI分析等核心技术参数以及药物筛选、细胞动力学研究以及3D类器官研究等主要应用场景上，均完成了国际主流产品的对标。可以预见，以镁伽CellVue® T2000为代表的国产设备的崛起为本土科研与产业提供了高性价比选择，也印证着中国厂商正在逐步掌握高端仪器的话语权，拥有资格去定义下一代产品。
未来，这些行业内的头部参与者们也将持续深化AI自动化、复杂场景适配性以及跨组学技术整合及临床转化，以行业需求与技术创新双轮驱动，将高内涵细胞成像系统进一步发展为性能更优、分析更多维的分析平台。
图：全球高内涵细胞成像系统的代表性产品介绍
04
CellVue® T2000是镁伽科技推动生命科学数智化革新的重要利器
镁伽科技作为智能自动化领域的创新推动者，其核心战略始终围绕“AI for Science”展开，而CellVue® T2000高内涵成像系统的推出正是这一战略在生命科学领域落地的关键支点之一。
图：CellVue® T2000的产品图
在智慧实验室中的双重定位：基础硬件支撑与数据价值赋能
针对智慧实验室的顶层设计框架，镁伽科技提出从基础到高级、从单一到综合、从自动化到智能化逐步演进的顶层设计框架，涵盖5个层次的技术构成和运作范式，即基础仪器和硬件层、软件和调度控制层、高级应用层、数据治理层以及AI辅助分析和决策层。当将CellVue® T2000嵌入其中，作为基础仪器层的关键设备，其既承担着实验流程自动化的物理支撑功能，又通过数据生成与处理能力贯穿实验室智能化转型的全链条。
图：智慧实验室的架构
在第一层的基础仪器和自动化硬件中，CellVue® T2000的硬件性能直接决定了实验室自动化工作流的起点质量。高精度光学成像模块、多模态成像兼容性等特点，为细胞表型分析、药物筛选等实验提供了可靠的物理执行基础。
在数据驱动实验室的框架下，CellVue® T2000的价值不再限于执行实验步骤，而是能够做到实验步骤的优化，通过反馈设备状态数据，实现动态流程调整。与此同时，CellVue® T2000向上支撑着智能化升级。系统在成像过程中自动采集原始图像数据，并基于预设算法提取细胞数量、形态参数、荧光强度等结构化指标，在经过清洗后导入实验室数据湖。这些海量的细胞行为数据也将用于为机器学习模型训练，最终赋能高级应用层与AI决策层。
此外，CellVue® T2000也正在向下沉淀技术标准，其硬件接口协议、数据输出格式等被同步应用于基础设备。CellVue® T2000能够无缝接入镁伽自主研发的LABILLION实验室智慧管理平台，实现从细胞铺板、传代、给药到成像检测及分析的全自动化流程，促进实验室硬件层的跨设备协同工作。可见，镁伽科技的目标不仅是单一设备，而是以CellVue® T2000为支点，联动自动化工作站、AI云平台与类器官模型库，打造“端到端”的研发解决方案。当同行还在比拼参数时，镁伽已悄然构建生态闭环。
从生物实验室到半导体：镁伽的“跨领域技术复利”战略
镁伽科技在半导体产业所布局的核心产品，包括晶圆量检测、晶圆切割、激光加工和封装检测四个产品方向，其主要功能包括缺陷检测、表面形貌检测和量测等，而半导体设备与CellVue® T2000共享着同一技术底座：AI+显微成像。
由于技术基础的相似性，“生命科学”和“半导体”形成了跨领域的战略协同，实现了算法、数据处理方法、成像技术等核心技术上的共享和交叉应用。例如，半导体业务积累的高精度光学校准经验，反哺细胞成像的稳定性。在生命科学场景中训练的算法，可迁移至晶圆检测。
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逐点击破研发难题，多技术路线共绘CellVue® T2000的产品轮廓
CellVue® T2000集成了运动控制模块、高精度光学系统和AI图像分析算法，实现从样本处理、图像采集到数据解析的全流程自动化。在支持明场成像、彩色明场成像、切片样本观察以及具备荧光和自发光成像功能的基础功能之外，更是将进一步描绘细胞形态学信息的Cell Painting、细胞示踪技术、空间转录组学以及空间蛋白组学等加入至能力清单。这种多维技术能力的融合，使其为深入生命科学研究，提供可扩展的工具平台。即从细胞毒性研究到细胞全景绘制、悬浮细胞研究以及类器官研究，均能通过CellVue® T2000找到最适合的配置方案。
在复杂生物系统模拟领域，类器官内部具有三维结构复杂、异质性高的特点，且传统类器官长时间成像时，面临光毒性损伤与数据连续性的矛盾，而CellVue® T2000的多维能力解决了类器官研究的难点，实现了对类器官的形态、功能及药物反应的精准监测，涵盖了类器官培养连续监测、类器官表型分析、类器官药物筛选与药敏测试以及类器官与微环境相互作用研究四大技术模块。
图：CellVue® T2000的介绍
而正是基于这些功能和应用场景，CellVue® T2000的开发过程也充满了挑战与创新。从初步概念到原型，再到最终版本的开发路径中，其成功源于技术磨合、模块化设计及真实场景驱动的快速迭代。
为了兼顾高通量扫描速度与高质量成像，研发团队采用高分辨率与大靶面的相机提高成像视野面积，通过高精度的载物台运动控制，以及红外激光自动对焦，提升整体的运行速度，确保在高速视野切换的同时能够快速锁定样本的最佳焦面。CellVue® T2000能够在3分钟内完成96孔板每孔双通道的整板扫描，8分钟内完成384孔板每孔5通道的整板扫描。多模态数据融合与分析方面，当CellVue® T2000进行Cell Painting、空间组学等复杂应用时，研发团队采用AI驱动的图像分析算法，结合开放式软件架构，兼容第三方分析工具，提升数据解读效率，使其能够顺利处理荧光信号、形态学参数等多维数据。面对自动化与灵活性的矛盾，CellVue® T2000既要满足高通量实验的无人值守需求，又需适应明场、荧光、切片样本等不同实验场景的灵活配置。解决方案便是通过模块化设计，将成像模块、环境控制模块、自动化接口标准化，用户可按需选择功能组合，从而降低定制化成本。
图：CellVue® T2000的操作界面示例
一方面，镁伽科技的研发团队整合现有的技术资源基础对产品进行打磨。另一方面，与生物医药企业、科研机构中的关键客户进行合作，通过药物筛选、细胞示踪等真实场景测试产品的性能，从而持续优化参数，加速开发进程。
在保持核心性能对标国际的同时，CellVue® T2000采用“场景深耕”的策略，针对性优化了本土化服务能力：支持国产耗材适配、提供中文交互界面与定制化分析模板，并依托国内供应链实现更快速的售后响应。可以预见，CellVue® T2000未来将在国内科研机构、生物医药企业的设备采购中铺开，并逐渐替代进口产品。更重要的是，这些场景中产生的海量数据，将继续反哺镁伽的算法体系，形成技术迭代的增强回路。
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总结与展望
CellVue® T2000的推出，是镁伽科技向高端科学仪器提供商转型的重要一步，也是实现“AI for Science”战略目标的重要举措。凭借产品的性价比、自动化整合能力和人工智能技术的结合，CellVue® T2000将成为我国高内涵细胞成像系统领域的标杆性工具，未来，镁伽科技将打造更高版本的产品，持续提升成像质量与分析效率，向纳米、亚纳米级别推进，以适应更精细的科研需求，并以高内涵细胞成像系统为拳头产品，联动镁伽鲲鹏实验室，从而构建一体化、综合性的实验室整体解决方案，推动生命科学行业的自动化和智能化进程。此外，高内涵细胞成像系统采用的“AI+显微成像”的技术底座，也将与半导体领域的布局形成了良好的衔接，辐射更广泛的产业应用。
关于镁伽科技
镁伽科技成立于2016年，是一家专注提供先进生产力工具的科技公司，致力于通过机器人、自动化、人工智能等技术与行业应用的深度融合，赋能生命科学、新药研发、临床诊断、应用化学等领域的创新突破和数字化革新，为每个人创建更高效、更健康、更美好的世界。目前已完成C轮融资，主要投资人包括药明康德、德国博世、义翘神州、高盛资产管理、亚投资本、纪源资本、创新工场、愉悦资本、经纬创投、新加坡蘭亭投资等。
关于沙利文生命科学事业部
沙利文生命科学事业部在生命科学领域拥有专业的分析能力和丰富的项目经验。依托沙利文全球智库资源和大中华区跨行业业务发展平台，沙利文生命科学事业部在生命科学产业投融资服务有着独特核心优势。沙利文生命科学事业部在中国拥有广泛的企业客户，并在过去21年里建立了庞大的客户网络，积累大量生命科学各细分领域的项目经验。
项目类型包括知识中心项目（深度内容、宣传活动），Pre-IPO项目（DCF估值、商业计划书服务），IPO上市项目（行业顾问、临床稽查、募投撰写），市场调研，市值管理及战略咨询等，并与国内外知名的资讯平台及投融资机构合作，为企业提供医药及医疗器械等专业细分领域行业一站式解决方案，受到投资者的广泛关注。
来源：头豹
