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流式細胞儀百科知識
發布時間:2025-02-26 10:16:05

流式細胞儀(Flow Cytometer)百科知識

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1. 定義與功能

流式細胞儀是一種用于快速檢測、分析和分選單個細胞或微粒的高通量生物醫學儀器,廣泛應用于免疫學、腫瘤學、血液學及干細胞研究等領域。

  • 核心功能:

    • 多參數檢測:同時分析細胞的物理特性(大小、顆粒度)和生化特性(表面/胞內標記物)。

    • 細胞分選:基于特定標記物分離目標細胞群(如CD4+ T細胞、腫瘤干細胞)。

    • 動態監測:實時觀察細胞周期、凋亡及鈣離子濃度變化。

  • 應用領域:

    • 免疫表型分析(如HIV患者CD4計數)。

    • 白血病分型、腫瘤標志物檢測。

    • 微生物檢測(如細菌活力分析)。


2. 工作原理

基于流體動力學聚焦和光學檢測技術:

  1. 樣本制備:

    • 細胞懸液經熒光標記抗體染色(如FITC、PE、APC)。

  2. 流體聚焦:

    • 樣本液與鞘液在流動室中形成單細胞流(層流效應),確保細胞逐個通過檢測點。

  3. 光學檢測:

    • 激光束照射細胞,產生散射光(前向散射FSC:細胞大小;側向散射SSC:顆粒度)和熒光信號(標記物強度)。

  4. 信號處理:

    • 光電倍增管(PMT)或光電二極管將光信號轉換為電信號,經計算機分析生成二維或多維散點圖。

  5. 細胞分選(可選):

    • 液滴充電技術(如BD FACSAria)將目標細胞分離至收集管。


3. 主要組成部分

  • 流體系統:

    • 鞘液泵、樣本注射器、流動室(石英毛細管)。

  • 光學系統:

    • 激光器(488nm藍光、633nm紅光等)、濾光片、檢測器(PMT/APD)。

  • 電子系統:

    • 信號放大器、模數轉換器(ADC)、數據處理單元。

  • 分選模塊(可選):

    • 液滴發生器、偏轉板、收集管。

  • 軟件系統:

    • 數據采集與分析(如FlowJo、FCS Express),支持多維圖形展示(散點圖、直方圖、等高線圖)。


4. 適用場景

  • 臨床診斷:

    • 免疫缺陷病(如HIV/AIDS)的CD4/CD8計數。

    • 白血病/淋巴瘤的免疫分型(如B細胞、T細胞、NK細胞)。

  • 基礎研究:

    • 細胞周期與凋亡分析(PI染色、Annexin V檢測)。

    • 干細胞標志物鑒定(如CD34+造血干細胞)。

  • 藥物研發:

    • 高通量篩選(HTS)中的細胞活性檢測。

    • 抗體藥物結合效率評估。

  • 環境與食品安全:

    • 微生物污染檢測(如水中大腸桿菌計數)。


5. 使用方法

  1. 樣本準備:

    • 制備單細胞懸液(如血液、組織消化液),去除碎片(過濾或離心)。

    • 熒光標記抗體孵育(4℃避光30分鐘),洗滌去除未結合抗體。

  2. 儀器校準:

    • 使用標準微球調整光路與電壓,確保信號穩定性。

  3. 數據采集:

    • 設置閾值(如FSC排除碎片),采集10,000-100,000個細胞事件。

  4. 數據分析:

    • 圈選目標細胞群(如淋巴細胞門),統計熒光陽性率或平均熒光強度(MFI)。

  5. 細胞分選(可選):

    • 設定分選條件(如CD45+CD3+),收集目標細胞用于下游實驗。


6. 注意事項與局限性

  • 樣本質量:

    • 細胞聚集、碎片過多可能干擾檢測結果。

  • 熒光干擾:

    • 光譜重疊需補償校正(如FITC與PE)。

  • 分選效率:

    • 高純度分選可能損失部分細胞,分選后細胞活性需驗證。

  • 成本與維護:

    • 設備昂貴(數十萬至數百萬人民幣),需定期校準與保養。


7. 技術發展與分類

  • 按功能分類:

    • 分析型:僅檢測不分選(如BD Accuri C6)。

    • 分選型:集成細胞分選功能(如BD FACSAria III)。

  • 技術升級:

    • 質譜流式(CyTOF):用金屬同位素標記抗體,突破熒光通道限制(>40參數)。

    • 成像流式:結合顯微鏡技術,提供細胞形態學信息(如Amnis ImageStream)。

    • 微流控流式:芯片化設計,減少樣本與試劑消耗。


8. 市場與標準

  • 國際標準:

    • ISO 15189(醫學實驗室質量與能力要求)。

    • CLSI指南:《Flow Cytometry in Clinical Diagnostics》。

  • 知名品牌:

    • BD Biosciences(FACSCanto、FACSAria)、Beckman Coulter(CytoFLEX)、Sony(ID7000)。

  • 價格范圍:

    • 分析型:50,000-200,000美元;分選型:200,000-500,000美元。


9. 未來趨勢

  • 超高參數檢測:多激光系統(>5激光)與新型熒光染料開發。

  • AI輔助分析:自動化細胞群識別與異常事件檢測。

  • 單細胞組學整合:聯合轉錄組、表觀組測序技術。

  • 便攜化與低成本化:微流控芯片流式用于POCT(床旁檢測)。


10. 參考資料

  • 國際流式細胞學會(ISAC)指南:《Best Practices in Flow Cytometry》

  • 臨床流式期刊:《Flow Cytometry in Hematologic Diagnosis》

  • 技術標準:ISO 15189:2022《Medical laboratories - Requirements for quality and competence》


以上為流式細胞儀的核心知識框架,可進一步擴展具體實驗方案(如細胞周期分析步驟)或技術細節(如熒光補償原理)。

注:文章來源于網絡,如有侵權,請聯系刪除

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