流式細胞儀是一種可以對細胞進行定量分析和分選的儀器,它可以實現在功能水平上實現對單個細胞或亞細胞以及其他生物粒子快速分析,與傳統的螢光顯微鏡觀察相比,具有分析速度快,分析精度高等優點。
雖然市面上生產流式細胞儀的廠家很多,例如貝克曼,BD,邁瑞等。但不同廠家之間的採用基本方法是相同的,即:使用電阻抗原理對相應成分進行分析計數,使用散射光和透射光與相應的螢光染料進行配合,實現對不同組分的分類。
接下來我們來看看流式細胞儀的內部奧秘.......
流式細胞儀基本由四大部分組成,「液流系統」,「光學檢測系統」,「光源接收分析系統」,「計算機軟體處理系統」。
樣本中相應種類細胞的計數在計數池中完成,那麼它是如何做到的呢?
由於細胞表面存在離子,因而具有一定的導電性,所以細胞體積,表面積的不同導致細胞具有不同的電阻係數。
在細胞儀內部,有一個微孔結構,又叫檢測孔。它在計數過程中起主要作用。通過在檢測微孔倆端施加一定的電壓,在不同的細胞通過的時候可以引起微孔倆端電極發生相應的變化,因而可以進行細胞計數。
但是由於硬體條件的限制,在單位時間內可以處理檢測的細胞數量是有限的,這就要求在單位時間內通過測量孔的細胞數是適量的且穩定的,單位時間內通過的細胞數量即是流速。
液流系統通過使用鞘液來包裹住單個細胞,使細胞依次單個排序通過檢測孔位,從而形成適當的,穩定的流速。便於細胞成分的檢測。同時在液流系統中包裹細胞的鞘液也可以起到使光檢測系統光源對焦更加清晰地作用。
樣本中各種細胞成分的大小,分類,內部信息,核型類型這幾個重要的參數的測量就在此系統內完成。
目前主要是使用散射光來檢測細胞大小,種類,核型類型,使用透射光來檢查細胞內部信息。
光檢測原理主要依據的理論是Mie原理。(Mie原理是光學法測定的基礎:對於球體化的物體,如果它的直徑(D)滿足:2λ/∏<D<10 λ/∏, 一定角度的折射光強度則決定於該物體的體積和密度,S= F(,,,,)S散射光強度使用波長 折射率 容積測量角度形狀因子。應用以上公式,固定其中幾個因子,就可以測定出血球或者特定顆粒的折射率與體積)
由此可以看出Mie適用的前提條件是待檢測物體必須是「球形化」或者「近球形化」的物體。
首先通過在液流系統中使用相應的稀釋液,將樣本中的非球形化成分,如紅細胞,血小板等稀釋固定,使其呈球形化狀態。讓其符合Mie檢測原理。然後,使用可以與檢測系統雷射光源相配合的細胞成分染料,染色相應的細胞成分,有的是細胞核,有的是細胞內部相應顆粒,使他們形成相應的螢光標記物。當光源發出的光線照射到相應的染色細胞的時候,會反射出不同波長的光,這些反射光被光源檢測系統檢測區分,因而區分出不同的細胞種類。
那麼如何區分出細胞的大小與核型類型呢?
通過設置不同角度的照射光來區分出細胞大小與核型類型,設置低角度與高角度倆種照射光,看圖我們可以得知不同大小的細胞在經過低角度光源照射的時候,散射光的分布範圍是不同的,因此我們可以通過低角度散射光(也就是前向散射光)的範圍來得出細胞的大小信息。在不同核型經過高角度光源照射的時候我們也可以和容易的看出所形成的散射光的區別。
最後我們來看看如何得到細胞內部的信息。使用相應的酶類與細胞的特定物質進行反應,酶反應越強,透射光的量越少,反之亦然,通過這種方法我們可以得到細胞的內部信息。
血細胞直方圖的由來:
圖1描述的是單位時間內,測量微孔倆端電壓(即細胞體積)的分布情況,我們可以對Y軸線上的單位進行無限小的微積分劃分進而可以得到圖2,不同體積下的相應的細胞數量。然後取圖2中不同體積下對應的數量所形成的點,連接這些點得到圖3曲線。
圖3
在這裡我們可以看到其實圖2是由圖3對X軸線上的單位進行微積分得到的結果。
血細胞散點圖的由來:散點圖是描述細胞體積大小與細胞內容物的複雜程度之間關係的坐標圖像,由於不同細胞成分的內容物的含量與細胞的大小都有相應的區別,可以大致上分為五個區域:淋巴細胞,單核細胞,中性粒細胞,嗜酸性粒細胞,嗜鹼性粒細胞。從圖上各個區域的面積可以直觀的看出不同組分含量的多少。
陳世峰老師點評:
文章由淺入深,從流式細胞儀檢驗的基本原理的依據理論開始講起,一步一步的帶領讀者了解相關參數測定的方式,思路清晰,讓讀者豁然開朗。
說明:本文參考《流式細胞儀樣品流速及聚焦流測量方法研究》(嚴心濤、馬玉婷)、《流式細胞儀及相應醫學應用》(趙嬋娟),致謝!