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流式细胞仪(Flow Cytometer 简称FCM)
编辑:医学知识网 发布时间:2007-06-04  

    流式细胞仪就是进行流式细胞分析的仪器,它集电子技术、计算机技术、激光技术、流体理论于一体,是一种非常先进的检测仪器,被誉为试验室的“CT”。

  流式细胞术(Flow CytoMeter, FCM)是一种在功能水平上对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段,它可以高速分析上万个细胞,并能同时从一个细胞中测得多个参数,与传统的荧光镜检查相比,具有速度快、精度高、准确性好等优点,成为当代最先进的细胞定量分析技术。

仪器简介:
    流式细胞仪结构一般分为五部分,即流动系统、激光光源、光学和电子系统、数据贮存和计算机控制系统、细胞分选系统。
    流式细胞仪仪器分为两大类:一类为临床型,特点为仪器的光路调节系统固定,自动化程度高,操作简便,易学易掌握,如BD公司的FACSCalibur,Beckman公司的EPICSXL;另一类为科研型,其特点为可快速将所感兴趣的细胞分选出来,并且可将单个或指定个数的细胞分选到特定的培养孔或板上,同时可选配多种波长和类型的激光器,适用于更广泛的科学研究之用,如BD公司的FACS Vantage,Beckman公司的EPICSALTRA。

应用范围:
1.细胞表型分析如CD3、CD4、CD8、CD19、CD16等。
2.血小板活化标志如CD62P、CD63、PAC-1。
3.辅助白血病和淋巴病分型和诊断。流式细胞仪是血液病MIC分型法中免疫表型分析的重要手段,为临床指导治疗,判断预后,预测复发提供帮助。
4.DNA含量分析与细胞周期分析。
5.免疫缺陷病的诊断和监测。
6.自身免疫病的监测。
7.器官移植配型和排异监测。
8.细胞凋亡检测。
9.细胞因子检测。

流式细胞仪应用简介
流式细胞仪(Flow Cytometer 简称FCM)是一项集激光技术,电子物理技术,光电测量技术,计算机技术以及细胞荧光化学技术,单克隆抗体技术为一体的新型高科技仪器。概括来说,流式细胞技术就是对于处在快速直线运动状态中的细胞或生物颗粒进行多参数的,快速的定量分析和分选的技术。由于科技工作者的不懈的努力和各相关技术的迅速发展和完善,FCM技术已经渗透到医疗诊断和治疗的各个领域,对疾病的早期诊断,治疗和预后的判断建立了一条新的可靠的途径。
1.血液病:白血病的免疫分型,白血病微小残留病灶的检测,淋巴细胞免疫功能的检测,血小板相关抗体及血小板膜糖蛋白的检测,PNH的相关检测,细胞凋亡的检测等等
2.肿瘤:DNA细胞周期的检测,对新鲜或冰冻肿瘤组织的细胞周期分析,淋巴瘤的免疫分型,多发性骨髓瘤细胞表面标记测定,多药耐药的研究等等。
3.其它:HLA-B27检测诊断强直性脊髓炎,人类外周血树突状细胞免疫功能的检测,细胞因子与疾病的相关检测等等。
实际上,荧光染料和单克隆抗体的不断开发,细胞制备方法和电子信号处理能力的不断完善,流式细胞术作为一门生物检测技术已经日趋完美,应用领域日趋广泛,而今,流式细胞术已经深入到生物学、医学、药物学等各个分支领域,必定在将来为我们的科学研究发挥更大的作用。

  工作原理

  将待测细胞染色后制成单细胞悬液。用一定压力将待测样品压入流动室,不含细胞的磷酸缓冲液在高压下从鞘液管喷出,鞘液管入口方向与待测样品流成一定角度,这样,鞘液就能够包绕着样品高速流动,组成一个圆形的流束,待测细胞在鞘液的包被下单行排列,依次通过检测区域。

  流式细胞仪通常以激光作为发光源。经过聚焦整形后的光束,垂直照射在样品流上,被荧光染色的细胞在激光束的照射下,产生散射光和激发荧光。这两种信号同时被前向光电二极管和90°方向的光电倍增管接收。光散射信号在前向小角度进行检测,这种信号基本上反映了细胞体积的大小;荧光信号的接受方向与激光束垂直,经过一系列双色性反射镜和带通滤光片的分离,形成多个不同波长的荧光信号。

  这些荧光信号的强度代表了所测细胞膜表面抗原的强度或其核内物质的浓度,经光电倍增管接收后可转换为电信号,再通过模/数转换器,将连续的电信号转换为可被计算机识别的数字信号。计算机把所测量到的各种信号进行计算机处理,将分析结果显示在计算机屏幕上,液可以打印出来,还可以数据文件的形式存储在硬盘上以备日后的查询或进一步分析。

  检测数据的显示视测量参数的不同由多种形式可供选择。单参数数据以直方图的形式表达,其X轴为测量强度,Y轴为细胞数目。一般来说,流式细胞仪坐标轴的分辨率有512或1024通道数,这视其模数转换器的分辨率而定。对于双参数或多参数数据,既可以单独显示每个参数的直方图,也可以选择二维的三点图、等高线图、灰度图或三维立体视图。

  细胞的分选是通过分离含有单细胞的液滴而实现的。在流动室的喷口上配有一个超高频电晶体,充电后振动,使喷出的液流断裂为均匀的液滴,待测定细胞就分散在这些液滴之中。将这些液滴充以正负不同的电荷,当液滴流经带有几千伏特的偏转板时,在高压电场的作用下偏转,落入各自的收集容器中,不予充电的液滴落入中间的废液容器,从而实现细胞的分离。

  应用范围

  可用于白血病的分型、肿瘤细胞染色体的异倍性测定,以及免疫学研究,并已开始用于细菌鉴定,病毒感染细胞的识别合爱滋病感染者T4、T8细胞的记数。

  自70年代以来,随着流式细胞技术水平的不断提高,其应用范围也日益广泛。流式细胞术已普遍应用于免疫学、血液学、肿瘤学、细胞生物学、细胞遗传学、生物化学等临床医学和基础医学研究领域。

  技术特点

  流式细胞仪作为一种最先进的细胞定量分析检测仪器,设计上采用了许多独特的技术,其中涉及到液流系统、光路系统、信号测量和细胞分选等4个方面。

  展望

  流式细胞仪从细胞技术开始发展到今天,60年代至70年代是其飞速发展时期,激光技术、喷射技术以及计算机的应用使流式细胞仪在原理和结构上形成了固定的模式。

  80年代则是流式细胞仪的商品化时期,这期间不断有新型号的仪器推出,在多参数检测技术上不断提高。

  进入90年代,随着微电子技术特别是计算机技术的发展,计算能力不断提高,流式细胞仪的功能也越来越强大。在数据管理、数据分析方面有了长足进步。但是,在技术原理和设计方面并没有突破性的进展。人们的注意力开始转向流式细胞仪的应用,新的荧光探针、新的荧光染料、新的染色方法不断推出,使流式细胞技术在新的细胞参数分析方面日益发展。

  从新推出的仪器看,流式细胞仪会在硬件上不断更新,采用更新的器件(入半导体激光、大规模集成电路),以实现小型化;用数字电路取代模拟电路,充分发挥微处理器的功能以实现简单化;在软件上提高数据自动分析能力,充分发挥图形界面的优点,使操作更加简便。

流式细胞仪的使用程序 
一.开机程序
1. 检查稳压器电源,打开电源,稳定5分钟。
2. 打开储液箱,倒掉废液, 并在废液桶中加入400ml漂白水原液。打开压力阀,取出鞘液桶,将鞘液桶加至4/5满(一般可用三蒸水,做分选必须用PBS或FACSFlow),合上压力阀。确实盖紧桶盖,检查所有管路是否妥善安置。
3. 将FACSCalibur开关打开,此时仪器功能控制钮的显示应是STANDBY,预热5-10分钟。排出过滤器内的气泡。
4. 如果需要打印,打开打印机电源。
5. 打开电脑,等待屏幕显示出标准的苹果标志。
6. 执行仪器PRIME功能一次,以排除Flow cell中的气泡。
7. 分析样品时,先用FACAFlow 或PBS进行HIGH RUN约2分钟。
X。做过分选后,每次开机后需冲洗管道:向分选装置上装上两个50ml离心管,不接通浓缩系统,摁下右下角白色按钮开始冲洗。待自动停止后接通浓缩装置,同上法冲洗一次。

二. 预设获取模式文件(Acquisition Template Files)
1. 从苹果标志中选择CELLQuest见一个新视窗,可利用此视窗编辑一个获取模式文件。
2. 选取屏幕左列绘图工具中的Dot plot,绘出一个或多个Dot Plots(点图)。从Dot Plot对话框中选取Acquisition作为图形资料来源,并确定适当的x轴和y轴参数。
3. 选取屏幕左列绘图工具中的Histogram,同上法可绘出Histogram(直方图)。
4. 将此视窗命名后储存于FACStation G3\BD Applications \CELLQuest Folder \EXP文件夹中,下次进行相同实验时可直接调用。
X. 本计算机中已设定两个模式文件:ACQ和EXP,储存于FACStation G3\BD Applications \CELLQuest \EXP文件夹中,ACQ用于细胞DNA检测,EXP用于细胞表面标志分析。

三. 用CELLQuest进行仪器的设定和调整
1. 从苹果画面中选取CELLQuest,进入CELLQuest后在File指令栏中打开合适的获取模式文件。
2. 从屏幕上方Acquire指令栏中,选取Connect to Cytometer(快捷键: +B)进行电脑和仪器的连机。将出现的Acquisiton Control对话框移至合适位置。
3. 从Cytometer指令栏中,开启Detectors/Amps、Threshold、Compensation、Status等四个对话框,并将它们移至屏幕右方,以便获取数据时随时调整获取条件。也可以用 1,2,3,4获得此四个对话框。
4. 在Detectors/Amps对话框中,先为每个参数选择适当的倍增模式(amplifier mode):线性模式Lin或对数模式Log。一般进行细胞表面抗原分析如分析外周血的淋巴细胞亚群时,FSC和SSC多以线性模式Lin测量,且DDM Param选择FL2,而FL1, FL2与FL3则以对数模式Log测量;分析细胞DNA含量时,FSC,SSC,FL1,FL2,FL3皆以Lin进行测量,且DDM Param选择FL2;分析血小板表型时,FSC,SSC,FL1,FL2,FL3等均以Log进行测量。
5. 放上待检测的样品,将流式细胞仪设定于RUN,流速可在HIGH 或LOW上。
6. 在Acquisiton Control对话框中,选取Acquire,开始获取细胞。在以下的仪器调整过程中随时选取Pause,Restart以观察调整效果。未完全调整好之前不要去掉SETUP前的“3”。
7. 在Detectors/Amps对话框中,调整FSC和SSC探测器中的信号倍增度:PMT voltages(粗调)与Amp Gains(细调),使样品信号出现在FSC-SSC点图内,且三群细胞合理分布。
8. 在Threshold 对话框中选择适当的参数设定Threshold,并调整Threshold的高低,以减少噪音信号(细胞碎片)。一般做细胞表型时用FSC-H而做DNA时用FL2-H。Threshold并不影响检测器对信号的获取,但可改善画面质量。
9. 从屏幕左列绘图工具中选取Region(区域),并在靶细胞周围设定区域线,即通常所说的门。圈定合适的细胞群可使仪器调整更为容易。
10. 在Detectors/Amps对话框中,调整荧光检测器(FL1, FL2, FL3, FL4等)的倍增程度。根据所用的荧光阴性对照样品调整细胞群,使之分布在正确的区域内。
11. 在Compensation对话框中,根据所用的调补偿用标准荧光样品调整双色(或多色)荧光染色所需的荧光补偿。比如应该为FL1 FL2- 的细胞群却分布在FL1+ FL2+区域内,则需调大FL2-?%FL1中的“?”,并从FL1-FL2点图中观察新的调整是否恰当
12. 在Status对话框中可见:Laser Power:正常值—Run/Ready为14.7mW,Standby为5mW;Laser current:正常值为6Amps左右。
13. 调整好的仪器设定可在Instrument Settings对话框中储存,下次进行相同实验时可调出使用,届时只需微调即可。
X. 本计算机中已有三个名叫储存于FACStation G3 \BD Applications \CELLQuest Folder \IMM-InstrSettings及FACStation G3 \BD Files \Instrument Settings Files \CalibFile和Mast-Cell-Set的参数文件,前二者可用于分析人白细胞,后者用于分析小鼠肥大细胞。

四. 通过预设的获取模式文件进行样品分析
1. 从苹果标志中选择CELLQUEST,新视窗出现后从File指令栏中选择Open,打开预设的获取模式文件。
2. 从屏幕上方Acquire指令栏中,选取Connect to Cytometer进行电脑和仪器的连机。将出现的Acquisiton Control对话框移至合适位置。
3. 从Cytometer指令栏中选取Instrument Settings,在其对话框中选择Open以调出以前存储的相同实验的仪器设定,按Set 确定。
4. 在Acquire指令栏中,选择Acquisition&Storage决定储存的细胞数,参数,信号道数。其中Resolution在做细胞表面标志时选择256,做DNA时选择1024。Parameter Saved…则根据不同的检测对象选择不同的参数。
5. 在Acquire指令栏中,选择Parameter Description,以决定文件存储位置(folder),文件名称(file),样品代号以及各种参数的标记(panel),即安排tube1,2,3…的检测参数。一般本仪器获取的数据按照检测对象的不同分别储存于FACStation G3\BD Applications \CELLQuest \IMM 和DNA 文件夹中。文件根据日期命名。
6. 在Cytometer指令栏中,选择Counters,将此对话框移至合适位置,以便于随时观察events计数。
7. 将样品试管放至检测区,在Acquire Control对话框中选取Acquire以启动样品分析测定。
8. 微调仪器设定,待细胞群分布合适后选择Acquire Control对话框中Pause, Abort, 去除Setup前的“3”,开始正式获取信号,存储数据。
9. 当一定数目的细胞被测定后,获取会自动停止,并会自动存储数据。重复步骤7,继续分析下一个样品,直到所有的样品数据分析完毕。
X. 当所有样品分析分析完毕,即换上三蒸水,并将流式细胞仪置于“STANDBY”状态,以保护激光管。

五. 关机程序:
1. 从File中选择Quit, 退出软件,选择Don’t Save至苹果屏幕。
2. 用4ml 1:10稀释的漂白水作样品,将样品置于旁位(vacuum is on),以外管吸去约2ml,在将样品架置于中位(vacuum is off),再HIGH RUN 5分钟(内管吸去2ml)。
3. 改用三蒸水4ml作样品,同上处理。
4. 按Prime三次。
5. 此时仪器自动转为STANDBY状态,换2ml三蒸水。必须在仪器处于“STANDBY”状态 10分钟后再依次关掉计算机、打印机、主机、稳压电源,以延长激光管寿命,并确保应用软件的正常运行。
6. 填写使用登记表。


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