流式细胞仪---

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BD、Beckman Coulter 产品型号种类齐全,占市场份额较大,如: 经济普及型流式细胞仪 :FACSCount、Cytomics FC500 ; 大型科研型流式细胞仪: BD FACSAria、EPICS ; 特点:产品价格昂贵,我国使用的单位基本上是科研机构。
Partec 产品结构紧凑,造价低,便于携带,适合边远地区和发展 中国家,在植物学的研究中占有较大份额。Partec 公司的 CyFlow 于2004 年 1 月进入太空站用于研究工作,成为世界上首台升上太空 的流式细胞仪,证明其结构紧凑,性能优越的特点。
2.流式细胞仪概述
•1983年:Shapiro 认为多参数分析流式细胞仪可以实现。此后,流式 细胞仪进入一个快速发展的时期; •1994年:美国Cytomation公司推出高性能、高速分选装置MoFlo,该 机以出色的性能和创新设计理念,一经推出即受到广泛关注; •2008年:美国BD公司推出Influx,在MoFlo基础上实现了原位、立 体分选。
荧光测量
3.流式细胞仪系统结构
荧光信号由被检细胞上标记的特异性荧光染料受激发后产生,发射 的荧光波长与激发光波长不同。
每种荧光染料会产生特定波长的荧光和颜色,通过波长选择通透性 滤片,可将不同波长的散射光和荧光信号区分开,送入不同的光电倍 增管。
选择不同的单抗及染料就可同时测定一个细胞上的多个不同特征。 荧光素与特异抗体结合,荧光抗体与细胞抗原结合越多,产生的荧 光信号越强
3.信号检测与分析系统
3.流式细胞仪系统结构
➢信号检测系统由特异信号检测器件和非特异信号检测器件构成。
➢当细胞携带荧光素标记物,通过激光照射时,产生代表细胞内不同 物质、不同波长的荧光信号,这些信号以细胞为中心,向空间360度 立体角发射,产生非特异的散射光和特异的荧光信号。
➢荧光信号由PMT检测,前向角散射光信号由光电二极管检测。
2.流式细胞仪概述
➢4.流式细胞仪生产厂家:
目流式细胞仪生产厂家主要有 BD、Beckman Coulter、Partec、 Guava、Union Biometrica、ABI、Amnis 等等。
美国 BD、Beckman Coulter 和德国的 Partec 占领着流式细胞仪市 场的统治地位。
散射光的测定:
3.流式细胞仪系统结构
细胞在液柱中与激光束相交时向周围360°立体角方向散射的光线信 号,它的强弱与细胞的大小、形状、胞内颗粒折射等有关,主要分 为前向角散射光和侧向角散射光。
3.流式细胞仪系统结构
➢前向角散射光(FSC:forward scatter):激光束照射细胞时,光 以相对轴较小角度(0.5°~10°)向前方散射的讯号用于检测细胞等 粒子的表面属性,信号强弱与细胞体积大小成正比。
侧向角散射光示意图
Laser
FALS Sensor
90LS Sensor
测得的FS与SS信号通 过计算机处理,可得到 FS-SS图,由此可仅用散 射光信号对未染色的活 细胞进行分析或分选。
此为血细胞分类的基 本原理,但不能分析表 面分子。
3.流式细胞仪系统结构
单核细胞
淋巴细胞
中性粒细胞
光散射测量最有效的用途:从非均一群体中鉴别出某些亚群
•1940年Coons提出结合荧光素的抗体去标记细胞内的特定蛋白; •1949年Wallace Coulter申请了在悬液中计数粒子的方法的专利; •1950年Caspersson用显微UV-VIS检测细胞 •1953年Croslannd-Taylor应用分层鞘流原理,成功设计红细胞光学 自动计数器
1.流动室和液流系统
流动室:仪器核心部件,被测样品在此与激光相交 液流驱动系统(压力泵):空气泵+压力传感器
3.流式细胞仪系统结构
流动室:
流动室由样品管、鞘液管和喷嘴等组成,常用光学玻璃、石英等透 明、稳定的材料制作
样品管贮放样品,单个细胞悬液在液流压力作用下从样品管射出;
鞘液由鞘液管从四周流向喷孔,包围在样品外周后从喷嘴射出;
,防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。
为了保证液流是稳液,一般限制液流速度υ<10m/s。
3.流式细胞仪系统结构 流动室与液流驱动系统模拟图
3.流式细胞仪系统结构
FCM的液流系统(如何 形成单个细胞流)
3.流式细胞仪系统结构
▲入管道前,边缘与中心速度一致; ▲入管道后,受管壁粘性阻力边缘速度下降,中心速度不变; ▲大约管道50倍直径处,稳定层流形成,产生流体聚焦效应; ▲液流中心由单列匀速运动颗粒组成的液柱。
激发波长 (nm) 488 488 488 488 488 488 488 633
发射波长(nm) 525 575 620 675 620 755 670 670
用途 免疫荧光 免疫荧光 免疫荧光 免疫荧光 DNA染色 免疫荧光
颜色 绿色 橙色 橙红 红 橙红 深红
3.流式细胞仪系统结构
➢荧光信号线性测量和对数测量
3.流式细胞仪系统结构
3.流式细胞仪系统结构
光学系统示意图
Flow Tip
SS and FL Detector
FS Detector
Laser
光收集系统:滤光片
LongPass
460 500 540
ShortPass
460 500 540
3.流式细胞仪系统结构
BandPass
460 500 540
2.流式细胞仪概述
Beckman公司的流式细胞分析仪
2.流式细胞仪概述
Beckman公司的流式细胞分选仪:
3.流式细胞仪系统结构
3.流式细胞仪系统结构
➢流动室与液流系统 ➢激光光源与光学系统 ➢信号检测与分析系统 ➢分选系统
3.流式细胞仪系统结构
流 式 细 胞 仪 结 构 图
3.流式细胞仪系统结构
2.流式细胞仪概述
➢2.流式细胞仪的发展史与商品化:
•1953年:Parker 和 Hutcheon 描述一种全血细胞计数器装置,成为流 式细胞仪的雏型; •1969年:Van Dilla Fulwyler 发明第一台荧光检测细胞计; •1970年:Phywe研制脉冲细胞光度计,备有荧光镜的FCM,DNA定 量;同年Kamensky发明白细胞分类流式细胞仪,激光光源,吖啶橙 染色,测定淋巴、单核、中性粒C; •1972年: Len Herzenberg等在斯坦福大学研制荧光激活细胞分选仪 (FACS),氩离子激光,标志着流式细胞仪商品化时代到来; •1973年: Becton Dikinson (BD)公司投入市场,第一台FACS-Ⅰ问世, 其 后 2 0 多 年 来 不 断 改 进 完 善 产 品 , 先 后 推 出 FA C S A n a l y z e r 、 FACScan、FACSCalibur、FACSLSR-Ⅱ、FACSVantage、FACSDiva、 FACSAria等; •1975年: Kochler 和 Milstein 提出单克隆抗体技术,为细胞研究中 大量的特异性免疫试剂的应用奠定基础;鉴于商业仪器的发展;
FL1, FL2, FL3, FL4(荧光)
3.流式细胞仪系统结构
激光光源
激光特点:单波长、高强度、高稳定性
目前主流产品标准配置: (1)多采用氩离子激光器或氦氖Fra Baidu bibliotek光器 (2)一般选配2-4根激光,488nm 、633nm和355nm、407nmUV激光 (3)最多检测13个荧光参数
3.流式细胞仪系统结构
➢荧光激发及发射原理
3.流式细胞仪系统结构
特点:荧光方向与SSC相同,SSC的波长与激发光波长相同,荧光波 长比激发光波长要长(双色反射镜和带通滤光片将二者分开)
➢常用荧光染料的特性
3.流式细胞仪系统结构
荧光染料 FITC PE(RD1) ECD PeCy5 PI PECy7 PerCP APC
LP 500
SP 500
BP500/50
3.流式细胞仪系统结构
光收集系统:光电倍增管(PMT)
光电倍增管(PMT:photomultiplier tube):放大电信号,光灵敏度高; 响应时间短,仅为ns数量级;光谱响应特性好,在200~900nm的光 谱区;用于测定弱信号(SSC、FL1、FL2、FL3、FL4)。 光电二极管:光灵敏度低,测定强信号(FSC)。
➢5.流式细胞仪分类:
2.流式细胞仪概述
临床型:光路调节系统固定,自动化程度高,操作简便,易掌握, 适用于临床常规测试;
科研型:分辨率高,选配多种波长和类型激光器,可将感兴趣细胞 分选到特定培养孔或板上,适用于科研。
2.流式细胞仪概述
BD公司的流式细胞分析仪
2.流式细胞仪概述
BD公司的流式细胞分选仪
2.流式细胞仪概述
2.流式细胞仪概述
➢流式细胞仪定义 ➢流式细胞仪的发展史与商品化 ➢流式细胞仪的生产厂家 ➢流式细胞仪的分类 ➢BD公司、Beckman公司的分析仪及分选仪外观
2.流式细胞仪概述
贝克曼库尔特Gallios流式细胞仪
➢1.流式细胞仪定义:
2.流式细胞仪概述
流式细胞仪(Flow Cytometor, FCM)是以流式细胞术为核心技术,对 高速直线流动的细胞或生物微粒进行快速定量测定和分析的仪器,主 要包括样品的液流技术、细胞的计数和分选技术,计算机对数据的采 集和分析技术等。
流动室上装有压电晶体,受到振荡信号可发生振动。
3.流式细胞仪系统结构
流体的动力学聚焦
3.流式细胞仪系统结构
液流系统:
由样本和鞘液组成
待测细胞 单个细胞的悬液
荧光染料标记的单
抗对其染色 受清洁气体压力 从样品管进入流动
室形成样本流
鞘液:辅助样本流被正常检测的基质液。主要作用是包
裹样本流的周围,保持样本流中细胞处于喷嘴中心位置
流式细胞术是一项新型的、发展迅速的生物医学分析技术,它是集 激光技术、光电测量技术、计算机技术、流体力学以及细胞免疫荧 光化学技术、单克隆抗体技术为一体的新型高科技细胞分析技术。
➢2.流式细胞术发展史:
1.流式细胞术概述
•1930年Caspersson和Thorell开始致力于细胞计数的研究; •1934年Moldaven最早设想细胞检测自动化,用光电仪记录流过一 根毛细管的细胞;
线性放大器的输出与输入是线性关系,细胞DNA含量、RNA含量、 总蛋白质含量等的测量一般选用线性放大测量。
对细胞膜表面抗原等参数进行荧光检测时,通常使用对数放大器。
3.流式细胞仪系统结构
前向角散射光示意图
Laser
FALS Sensor
3.流式细胞仪系统结构
➢侧向角散射光(SSC:side scatter):激光束照射细胞时,光以90° 角散射的讯号,与细胞精细结构和颗粒性质有关,对胞膜、胞质、
核膜变化更敏感,用于检测细胞内部结构属性。
3.流式细胞仪系统结构
•1969年Van Dilla及其同事在Los Alamos, NM发明第一台荧光检测 细胞计
•1972年Herzenberg研制出细胞分选器 •1975年Kohler等提出单克隆抗体技术,为细胞研究提供大量的特异 免疫试剂大量厂家不断生产流式细胞仪
➢3.流式细胞术特点:
1.流式细胞术概述
•分析对象:单细胞悬液或生物颗粒 •分析速度:快速,最高达上万个细胞/秒 •检测参数:多参数(两个散射光参数、多个荧光参数) •可同时测定多种可溶性细胞成分:流式微球芯片技术(Cytometric Beads Array,CBA) •检测结果:精度高、准确性好 •先进的细胞定量技术
流式细胞仪
1.流式细胞术概述 2.流式细胞仪概述 3.流式细胞仪系统结构 4.流式细胞仪软件介绍 5.流式细胞仪其它
目录
1.流式细胞术概述
1.流式细胞术概述
➢流式细胞术定义 ➢流式细胞术发展史 ➢流式细胞术特点
➢1.流式细胞术定义:
1.流式细胞术概述
流式细胞术(Flow Cytometry,FCM或 FACS):是利用流式细胞仪 对处在快速、直线、流动状态中的单细胞或生物颗粒进行多参数、 快速定量分析,同时对特定群体加以分选的现代细胞分析技术。
3.流式细胞仪系统结构
2.激光光源与光学系统
FCM的光学系统由若干组透镜、滤光片和小孔组成,它们将不同波 长的荧光信号分别送入到不同的电子测控器。
激光光源:气冷式氩离子激光器 分色反光镜:反射长/短波长,通过短/长波长 光束成形器:两十字交叉放置的透镜 透镜组:形成平行光,除去室内光 滤光片:长通、短通、带通 光电倍增管:FS, SS(散射光)
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