流式细胞术的原理和临床精选PPT.ppt
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1、关于流式细胞术的原理和临床第1页,讲稿共58张,创作于星期二 概概 述述 流式细胞术(流式细胞术(Flow Cytometry,FCM)是一种自动是一种自动分析细胞的高技术,其原理是悬浮在液体中的分分析细胞的高技术,其原理是悬浮在液体中的分散细胞一个个地依次通过测量区,当每一个细胞散细胞一个个地依次通过测量区,当每一个细胞通过测量区时产生电信号,这些信号可以代表荧通过测量区时产生电信号,这些信号可以代表荧光、光散射,光吸收或细胞的阻抗等。这些信号光、光散射,光吸收或细胞的阻抗等。这些信号可以被测量、存贮、显示,于是细胞的一系列重可以被测量、存贮、显示,于是细胞的一系列重要的物理特性和生化特性就
2、被快速地、大量地测要的物理特性和生化特性就被快速地、大量地测定。定。第2页,讲稿共58张,创作于星期二 上述特性可以是细胞的大小、活性,核上述特性可以是细胞的大小、活性,核酸的数量、酶、抗原等等。仪器还可以酸的数量、酶、抗原等等。仪器还可以根据所规定的参量把指定的细胞亚群从根据所规定的参量把指定的细胞亚群从整个细胞群体中分选出来。整个细胞群体中分选出来。流式细胞术在当前的细胞生物学、免疫流式细胞术在当前的细胞生物学、免疫学、肿瘤学、血液学、遗传学、病理学、学、肿瘤学、血液学、遗传学、病理学、临床检验学等各领域有着十分广泛的用临床检验学等各领域有着十分广泛的用途。途。第3页,讲稿共58张,创作于
3、星期二 流流式式细细胞胞术术是是对对悬悬液液中中的的细细胞胞或或细细胞胞器器进进行行快快速速可可达达每每秒秒钟钟数数千千个个乃乃至至上上万万个个细细胞胞。这这样样,它它就就可可与与显显微微镜镜相相互互补补充充。显显微微镜镜术术可可以以研研究究组组织织的的结结构构、细细胞胞定定位位和和荧荧光光在在细细胞胞中中的的分分布布;而而多多数数流流式式细细胞胞术术是是一一种种零零分分辨辨率率的的仪仪器器,它它只只能能测测量量一一个个细细胞胞的的总总核核酸酸,总总蛋蛋白白等等而而不不能能测测量量细细胞胞中中某某一一特特定定部部位位的的核核酸酸或或蛋蛋白白,这是它的不足之处。这是它的不足之处。第4页,讲稿共5
4、8张,创作于星期二 由由于于现现代代荧荧光光技技术术和和多多参参数数相相关关测测量量技技术术的的发发展展,流流式式细细胞胞术术在在细细胞胞群群体体或或组组成成群群体体的的亚亚群群进进行行定定量量分分析析时时,又又具具有有其他手段无法比拟的优越性。其他手段无法比拟的优越性。用飞点扫描技术或缝隙扫描技术得到了用飞点扫描技术或缝隙扫描技术得到了细胞形态学方面低分辨率的信息,从而细胞形态学方面低分辨率的信息,从而改变了流式细胞仪零分辨率的传统观点。改变了流式细胞仪零分辨率的传统观点。第5页,讲稿共58张,创作于星期二流式细胞仪的结构nFCM是由细胞流动室、光源、聚光装置、信号检测器、电子计算机及高级别
5、仪器具有的细胞分选装置构成。第6页,讲稿共58张,创作于星期二细胞流动室n细胞流动室是FCM的心脏,它是根据流体力学中的层流鞘液原理设计而成,其结构包括石英小室形成的鞘液腔及插入其中的样品管。细胞呈单个排列通过流动室。第7页,讲稿共58张,创作于星期二光源n常用激光器:常用激光器:n氢离子激光器氢离子激光器 488nm兰色激光兰色激光n氩离子激光器氩离子激光器n氪离子激光器氪离子激光器第8页,讲稿共58张,创作于星期二聚光系统和检测系统n透镜、小孔、多种滤片透镜、小孔、多种滤片n检测器、放大器将光信号变成电脉冲检测器、放大器将光信号变成电脉冲信号信号第9页,讲稿共58张,创作于星期二计算机n信
6、号变成数据文件存储、分析信号变成数据文件存储、分析。第10页,讲稿共58张,创作于星期二流式细胞仪的工作原理流式细胞仪的工作原理 待测细胞被制备成单个细胞的悬液,经待测细胞被制备成单个细胞的悬液,经特异性荧光染料染色后放入样品管中,特异性荧光染料染色后放入样品管中,在气体的压力下进入流动室。流动室内在气体的压力下进入流动室。流动室内充满鞘液,在鞘液的约束下,细胞排成充满鞘液,在鞘液的约束下,细胞排成单列由流动室的喷嘴喷出,成为细胞液单列由流动室的喷嘴喷出,成为细胞液柱。液柱与入射的激光束垂直相交,相柱。液柱与入射的激光束垂直相交,相交点称为测量区。交点称为测量区。第11页,讲稿共58张,创作于
7、星期二流式细胞仪的工作原理流式细胞仪的工作原理 通过测量区的细胞被激发产生荧光。在通过测量区的细胞被激发产生荧光。在与入射光束和液柱垂直的方向放置光学与入射光束和液柱垂直的方向放置光学系统(透镜、光阑、滤片和检测器等)系统(透镜、光阑、滤片和检测器等)用以收集荧光信号。图中的阻断滤片用用以收集荧光信号。图中的阻断滤片用于阻挡激发光,二色性反射镜用于选择于阻挡激发光,二色性反射镜用于选择被测荧光波长,荧光检测器是光电倍增被测荧光波长,荧光检测器是光电倍增管(管(PMT),),散射光检测器是光电二极散射光检测器是光电二极管,用来收集前向角散射光(管,用来收集前向角散射光(FSC)。)。第12页,讲
8、稿共58张,创作于星期二细胞分选(细胞分选(cell sorting)的工作原理的工作原理 液滴形成信号的频率约液滴形成信号的频率约30KHz,此信号此信号加在压电晶体上使之产生同频的机械振加在压电晶体上使之产生同频的机械振动,流动室也就随之振动。于是液柱断动,流动室也就随之振动。于是液柱断裂成一连串均匀的液滴,其形成的速度裂成一连串均匀的液滴,其形成的速度为每秒为每秒3万个。细胞通过喷嘴的速度大约万个。细胞通过喷嘴的速度大约每秒每秒2000个以下,如以个以下,如以2000个计算则个计算则平均每平均每15个液滴中有一个液滴包有细胞,个液滴中有一个液滴包有细胞,而其他液滴无细胞。细胞的性质是在进
9、而其他液滴无细胞。细胞的性质是在进入液滴以前已经被测定了的。入液滴以前已经被测定了的。第13页,讲稿共58张,创作于星期二细胞分选(细胞分选(cell sorting)的工作原理的工作原理 如果其特性与被选定要进行分选的细胞如果其特性与被选定要进行分选的细胞特性相符,则仪器在这个被选定的细胞特性相符,则仪器在这个被选定的细胞刚形成液滴时给整个液柱充以指定的电刚形成液滴时给整个液柱充以指定的电荷。这样,当被选定的细胞形成液滴时荷。这样,当被选定的细胞形成液滴时就带有特定的电荷,未被选定的细胞形就带有特定的电荷,未被选定的细胞形成的细胞液滴及不包含细胞的空白液滴成的细胞液滴及不包含细胞的空白液滴不
10、被充电,也不带电荷。带有电荷的液不被充电,也不带电荷。带有电荷的液滴向下落入指定的收集器内,从而完成滴向下落入指定的收集器内,从而完成了细胞分类收集的目的。了细胞分类收集的目的。第14页,讲稿共58张,创作于星期二流式细胞仪的流式细胞仪的 分选原理分选原理第15页,讲稿共58张,创作于星期二 流式细胞仪原理示意图流式细胞仪原理示意图第16页,讲稿共58张,创作于星期二散射光的测量散射光的测量n在在流流式式细细胞胞术术中中,从从光光的的散散射射信信号号可可以以得得到到非非常常有有价价值值的的信信息息。因因为为细细胞胞对对光光的的散散射射是是细细胞胞在在未未遭遭受受任任何何破破坏坏情情况况下下固固
11、有有的的特特性性,所所以以可可以以用用散散射射光光的的信信号号对对未未染染色色的的活活细细胞胞进行分析和分选。进行分析和分选。第17页,讲稿共58张,创作于星期二 细胞在液流中通过测量区时,经激光照细胞在液流中通过测量区时,经激光照射,细胞向空间射,细胞向空间360立体角的所有方向立体角的所有方向散射光线,散射的信号与细胞的大小、散射光线,散射的信号与细胞的大小、形状,质膜和细胞内部的折射率有关。形状,质膜和细胞内部的折射率有关。经过固定和染色的细胞,因折射率有了经过固定和染色的细胞,因折射率有了变化,故其散射状况与未固定或未染色变化,故其散射状况与未固定或未染色的不同。的不同。第18页,讲稿
12、共58张,创作于星期二 散射光与细胞参量间的关系与散射角、散射光与细胞参量间的关系与散射角、照射光束的形状、收集散射光立体角的照射光束的形状、收集散射光立体角的大小等都有关。在流式细胞术中常被利大小等都有关。在流式细胞术中常被利用的有前向角散射(用的有前向角散射(FSC)和侧向散射和侧向散射(SSC),),前者亦称前者亦称0散射,后者亦称散射,后者亦称90散射。散射。第19页,讲稿共58张,创作于星期二荧光测量荧光测量n荧荧光光信信号号是是由由对对细细胞胞进进行行染染色色的的特特异异性性荧荧光光染染料料受受激激后后发发射射的的。荧荧光光波波长长与与激激发发光光波波长长不不同同且且强强度度较较弱
13、弱,为为此此就就要要使使用用滤滤片片以以滤滤除除非非荧荧光光信信号号并并使使用用灵灵敏敏的的探测器。下面我们将分别进行讨论。探测器。下面我们将分别进行讨论。第20页,讲稿共58张,创作于星期二荧光测量荧光测量n激激光光与与普普通通光光线线不不同同;激激光光是是受受激激辐辐射射,普普通通光光线线是是自自发发辐辐射射。激激光光基基本本是是沿沿着着直直线线传传播播,发发散散角角很很小小,通通常常在在10-6球球面面度度量量级级的的立立体体角角内内,必必要要时时很很容容易易聚聚焦焦到到与与细细胞胞同同一一数数量量级级。激激光光的的亮亮度度高高,即即在在单单位位面面积积、单单位位立立体体角角内内输输出出
14、功功率率特特别别大大。激激光光还还具具有有良良好好的的单单色色性性,这这些特点都是贡灯所不具备的。些特点都是贡灯所不具备的。第21页,讲稿共58张,创作于星期二荧光测量荧光测量n流流式式细细胞胞术术中中使使用用的的多多为为氩氩离离子子激激光光器器,亦亦有有用用氪氪离离子子激激光光器器或或染染料料激激光光器器以以获获得得不不同同的的谱谱线线者者。氩氩离离子子激激光光器器是是一一种种气气体体激激光光器器,其其频频率率稳稳定定性性高高、相相干干性性好、寿命长。好、寿命长。第22页,讲稿共58张,创作于星期二荧光测量荧光测量n氩氩离离子子激激光光器器是是通通过过气气体体放放电电使使氩氩离离子子电电离离
15、并并激激发发,实实现现粒粒子子数数反反转转而而产产生生激激光光,谱谱线线共共十十余余条条,其其中中绿绿光光514nm和和蓝蓝光光488nm两两条条谱谱线线最最强强,几几乎乎占占总总输输出出功功率率的的80%。由由于于这这种种激激光光在在气气体体放放电电过过程程中中要要使使氩氩离离子子一一次次电电离离必必须须供供给给相相当当大大的的能能量量,所所以以要要求求有有几几百百伏伏和和每每平平方方毫米几个安培的稳定电源。毫米几个安培的稳定电源。第23页,讲稿共58张,创作于星期二检测器检测器光电倍增管和硅光电二极管光电倍增管和硅光电二极管n对从紫外到可见光的探测,有二类光电对从紫外到可见光的探测,有二类
16、光电器件可供选择:一类是真空光电器件;器件可供选择:一类是真空光电器件;另一类是半导体器件。后者在某些方面另一类是半导体器件。后者在某些方面有一定优点,如在强光照射时过载特性有一定优点,如在强光照射时过载特性较好,但在某些方面则明显地不及真空较好,但在某些方面则明显地不及真空光电器件。下面对光电倍增管和硅光电光电器件。下面对光电倍增管和硅光电二极管作一简单的比较二极管作一简单的比较。第24页,讲稿共58张,创作于星期二n在在200900nm谱区光电倍增管有很好谱区光电倍增管有很好的响应,量子效率高,而硅光电管则相的响应,量子效率高,而硅光电管则相当差。光电倍增的时间响应比半导体器当差。光电倍增
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