第13章 流式细胞分析技术

二、散射光的测定
（二）侧向散射光或垂直散射光（side scattered light，SSC） 激光照射到细胞内容物时，可以产生方向不同和强弱 不等的散射光，垂直方向散射光对细胞膜、胞质、核膜的 折射率更为敏感，可反映被检测细胞内精细结构和颗粒信 息。
三、荧光测量
（一）荧光信号测量与放大器 荧光信号由被检细胞上标记的荧光抗体上的荧光素受激 发后产生，发射的荧光波长与激发光波长不同。散射光和荧
细胞核转位检测
三、质谱流式细胞仪
（一）基本结构 质谱流式细胞仪（mass cytometer）的组成 质谱流式细胞仪是经典的流式技术和质谱技术的结
合体。
进样雾化系统 离子源：热气化室和电感耦合等离子体焰炬 离子传递和过滤系统 ICP-TOF检测系统 计算机及其分析系统
质谱流式细胞仪结构简图
（二）分析工作原理 金属元素偶联抗体 标记细胞 进样器 雾化系统 单细胞雾化液滴 离子源 原子电离 带电粒子 高频交变电磁场 雪崩式放电 涡流电流 离子云形成 ICP-TOF检测 计算机系统 数据处理和分析 经典流式细胞仪图
二、单细胞免疫标本的制备
（一）标本采集、运输、保存和操作 1．标本来源 主要来源于外周血、骨髓和淋巴器官或 组织等。 2．抗凝剂的选择
采用肝素钠和EDTA-Na2抗凝。
EDTA的优点是防止成熟的髓系细胞贴壁造成的细胞损失
，具有较强的抗血小板聚集能力。缺点是由于EDTA具有一定
的消化能力，导致细胞表面的一些分子丢失。 枸橼酸钠和肝素锂不宜使用。
（二）分析工作原理
细胞悬液
注射泵
流动室
系统鞘液 极限层流 抑制细胞搏动、翻转 明视野细胞形态 固态激光 TDI CCD捕获信号 散射光和荧光信号 计算机分析系统 细胞明视野、荧光图像和流式分析图
液流聚焦 LED照射
量化成像分析流式细胞仪结构、原理
A.量化成像分析流式细胞仪结构图
B.量化成像分析流式细胞仪结果分析图
功能。
第一节
流式细胞仪的分析及分选原理
一、概 述
流式细胞仪（flow cytometer）： 是多学科交叉融合的产物，是集光学、化学、材料学 、流体力学、自动化控制、光电测量、细胞生物学、生物 化学、免疫学和计算机图像分析等技术于一体的现代化新 型分析仪器。作为一种先进的微粒（细胞）定性和定量分 析仪器。 流式细胞仪特点： ①速度快，每秒可测量数万个微粒；②精度高；③准 确性好；④多参数测量，可以同时对同一个微粒作物理、 化学和生物特性的多参数测量。
二、经典流式细胞仪
（一）基本结构 经典分析型的流式细胞仪的结构组成 液流系统：液流驱动系统、流动室、鞘液流和标本流 信号检测：光源、光束形成器（流动室前光学系统） 、流动室后光学系统 转换及放大系统：光电转换器、放大器和信号处理电 路 计算机分析系统 分选型流式细胞仪 分选系统：荧光激活细胞分选系统（FACS）
光学系统、样品激发和FSC检测
Original from Purdue University Cytometry Laboratories
光学系统、样品激发和SSC检测
光学系统、样品激发和荧光检测
光学系统和荧光检测
（三）分选工作原理 单细胞流 流动室 超声压电晶体高频振动 散射光 单细胞液滴 选定细胞群体 荧光信号 加载电荷 偏转高压静电场 液滴偏转 进入分选收集管，完成细胞分选 数据储存，分析。
（四）设门分析技术 Gate设置：指在某一张选定参数的直方图上，根据该图
的细胞群分布选定其中想要分析的特定细胞群，并要求该样
本所有其他参数组合的直方图只体现这群细胞的分布情况。 Region设置:区阈（region, R）与门(gate, G)是两个 相关的概念，区阈可与门对应，但是也可以包含于门。 根据门的形状又分为了线性门、矩形门、圆形门、多边 形门、任意形状门和十字门。
二、常用的荧光染料与标记染色
（一）常用的荧光染料和荧光蛋白
细 胞 悬 液
FITC PE PE-cy5 Pre-Cp APC
FL-1 FL-2 FL-3 FL-4
激光
能量传递复合染料用化学法将两种不同激发波长的染料 结合在一起，在488nm激发光照射下，通过一个荧光染料被激 发后产生的发射波长再激发另一荧光染料产生荧光信号，从 而检测到该特定荧光信号。
第一章 血液标本采集与处理
临床免疫学检验技术
第十三章
流式细胞分析技术
邵启祥
目 录
第一节 流式细胞仪的分析及分选原理 一、经典流式细胞仪 二、量化成像分析流式细胞仪 三、质谱流式细胞仪 第二节 数据的显示与分析 一、参数 二、散射光的测定 三、荧光测量 四、数据显示方式
目 录
第三节 流式细胞仪免疫分析的技术要求 一、单细胞免疫标本的制备 二、常用的荧光染料与标记染色 三、基于免疫微球技术的应用
三、基于免疫微球技术的应用
CBA 技术
荧光微球 捕获抗体 捕获荧光微球
+
不同荧光 强度微球
+
抗原（细胞因子） 荧光标记抗体
CBA流式检测结果和标准曲线
减少交叉，成本高
能量传递复合染料机制 575 nm 488 nm PE 藻红蛋白
CY5 CY5 670 nm 红色荧光
CY5
花青苷5
名称
异硫氰酸 荧光素 藻红蛋白
染料
FITC PE
激发 波长
488 488
荧光 颜色
绿 525 橙 575
溶解性 对PH敏 感性
易 敏感
特点
易溶于水，与抗体 结合不影响特异性
别藻青蛋 白 能量传递 复合染料
APC
633
易 红 670 红 670 易
不敏感
具较多发光基团， 消光系数和量子产 额高 减少交叉，成本高
PEcy5
488
不敏感
来自百度文库
（二）免疫荧光标记
荧光染料与细胞成分的四种结合方式 结构亲和式 嵌入结合 共价键结合 荧光标记抗体特异性结合 免疫荧光标记方法 直接标记：干扰少，但需购买多种单抗 ，在流式分析中大量使用。 间接标记：步骤多，干扰多，不需标记 多种抗体组合标记。在流式标记中很少使用 。
第四节 流式细胞分析的临床应用 一、机体免疫状态的检测 二、淋巴造血系统分化抗原及白血病免疫分型 三、肿瘤耐药相关蛋白分析 四、艾滋病检测中的应用 五、自身免疫病中的应用 六、移植免疫中的应用
目 录
第五节 影响流式细胞分析的主要因素 一、标本采集和单细胞悬液制备的质量控制 二、荧光染色过程中的质量控制 三、仪器的质量控制 四、数据采集和分析过程中的质量控制 重点提示
经典流式细胞仪的结构
（二）分析工作原理 荧光染色待测单细胞悬液 细胞流 驱动系统 单细胞流 荧光素 PMT/PD检测器 信号放大 鞘 液 检测区域 激光 流动室 激发细胞 进样器系统 液流
FSC/SSC 计算机
信号转换、储存和分析。
液流系统和液流聚焦示意图
液流系统和光学系统
喷嘴 鞘液
荧光信号 样品流 激光束聚焦
本章小结
概 述
流式细胞术（flow cytometry，FCM）：
是基于流式细胞仪的一项快速、精确、高通量针对微
粒（细胞）的特征或功能进行多参数定性、定量分析和分 选的新型技术。 流式细胞术的特点： 快速、高通量、准确、灵敏、定性或定量地对完整细 胞群体分析反映出细胞群体的生物学特征或功能，或根据 微粒（细胞）的特征进行分选，进而研究其生物学特征和
二、量化成像分析流式细胞仪
（一）基本结构 量化成像分析流式细胞仪（imaging flow cytometer） 的组成： 荧光显微成像的形态学量化分析系统与经典流式细胞仪 的结合体。 液流系统：注射泵、流动室、鞘液流和细胞流 LED灯 明场细胞显微图像 光学系统： 荧光显微系统 全固态激光器 流式细胞仪检测 检测系统：TDI CCD
测器检测到的光能量是真正的某一荧光素产生的光能量。
四、数据显示方式
（一）单参数数据的显示
单维参数（荧光或散射光）与细胞数量（count）构成
，用于FSC、SSC和荧光（FL1～FLn）等单参数的数据显示。
（二）双参数图
二维散点图、密度图和等高图
（三）多维参数的显示
假三维图和三参数点图
三参数以上的显示 主要要依据设门技术进行分析
R1=为粒细胞 R2 =单核细胞 R3 =淋巴细胞
M1为线性门，为是 R3中的T淋巴细胞
R3=Q1+Q2+Q3+Q4 Q1 =CD4+/CD3Q2 =CD4+/CD3+ Q3 =CD4-/CD3Q4= CD4-/CD3+
第三节
流式细胞仪免疫分析的技术要求
一、实验基本原则
FCM试验中实验设计、对照设置、荧光抗体的选择、 标本处理、染色过程和质量控制都对实验结果又重要影响 。 标本处理实验室环境 临床标本处理的实验室环境以 及废弃物的处理要严格按照实验室安全要求进行，对于传 染病标本应该按照传染病的等级，按照《病原微生物实验 室生物安全管理条例》规定在不同等级的实验室中进行。 工作人员按要求穿戴相关的防护服，仪器消毒、排放 的气体、废水和实验废弃物也应按照要求进行处理。 活细胞分选应该在万级层流室中进行。
质谱流式细胞仪工作原理
质谱流式常用标记元素
常用外周血抗CD分子抗体标记元素
质谱流式细胞仪结果分析
第二节
数据的显示与分析
一、参数
流式细胞仪的主要参数有两大类： 散射光信号：前向散射光和垂直散射光 荧光信号：各种不同的流式细胞仪可检测的荧光信号 数量不同，随着配置的激光器越多，可检测的荧光信号越 多。 分析型流式细胞仪最高标配4个激光器（ 488、633
3．标本的保存 新采集标本保存于室温，分离的单个核细胞标本保存于
2℃～8℃。肝素抗凝外周血标本于室温保存48小时，EDTA抗
凝的血标本保存24小时，骨髓标本室温保存＜18小时。 最理想的保存方法，既要保持细胞原有的特性，又要不 影响检测结果。常用保存方法：深低温保存法，乙醇或甲醇 保存法，甲醛或多聚甲醛保存法。
细胞悬液形成液流柱
压电晶体 产生机械振动
流动室振动 液流断裂成液滴
空白液滴 不充电 弃去
含细胞的液滴 充电 偏转落入收集器
分选的技术要求： 分选速度：单位时间内分选的细胞数量。与悬液中细 胞的含量成正比。 分选纯度：分选出的目的细胞占所有收获细胞的百分 率。 分选收获率：实际收获的分选细胞与设定通过测量点 的分选细胞之间的比率。与纯度成反比。 分选得率：从一群体细胞悬液中分辨出目的细胞的总 量，再经分选后得到目的细胞的实际得率。与分选速度成 反比。
名称
异硫氰酸 荧光素 藻红蛋白
染料
激发 波长
488
荧光颜 色
绿 525 橙 575
溶解性
对PH敏 感性
敏感
特点
易溶于水，与抗体结 合不影响特异性
FITC
易
PE
488
别藻青蛋 白
能量传递 复合染料
APC
633
红 670
红 670
易
不敏感
具较多发光基团，消 光系数和量子产额高
PE-cy5
488
易
不敏感
（二）标本制备 1．外周血和骨髓 1)裂解红细胞是首选方法。 2)密度梯度离心 在科学研究中首选。 2．体液 包括胸水、腹水、心包液、脑脊液和脏器的 灌洗液。 3 ．培养细胞 蛋白酶消化 机械吹打 贴壁细胞脱落 洗涤 尼龙网过滤 单细胞悬液。 4 ．组织 机械法、酶处理法、化学试剂处理法和表面 活性剂处理法多方法组合制备单细胞悬液。
光的强度决定了峰值脉冲信号的高度，荧光的分布则决定了
脉冲信号的宽度。这些光谱通过滤光片，不同波长的散射光 和荧光信号被分开，经PMT和PD检测后，信号经放大、转换 ，最后通过计算机分析获取流式结果。
流式检测示意图
（二）荧光补偿 荧光补偿是指不同的荧光素由于发射光谱重叠，因此
在检测的时候有串色现象，通过减去重叠部分的光，使检
、405和375 nm），可检测20个参数（18种荧光），而定
制型可配置11个激光器，30个检测器，可测定 32个参数 。大型分选型流式细胞仪最高可配置7个激光器，检测24 个参数（22种荧光），可6路分选。
二、散射光的测定
（一）前向散射光（forward scattered light，FSC ） 是与细胞切线方向小角度散射光，其能反映细胞形状 和体积大小。
抗体和标记方式的选择 首选直接标记抗体 荧光分子： PE最强，适用于弱表达抗原 FITC最便宜，荧光较弱，适用于强表达抗原 间接标记：不提倡用 实验对照的设计原则 空白对照：所有试验必须设置 阴性对照：常用同型抗体对照 单色分析：设同型抗体对照 多色分析：同型对照，单阳性对照（用于仪器校正） 阳性对照：检测阴性时