流式细胞仪分析技术 (2)优秀课件.ppt
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1、流式细胞仪分析技术第1页,本讲稿共80页 流式细胞术(flow cytometry,FCM)是20世纪70年代发展起来的一种以流式细胞仪为工具,能快速测量细胞的物理或化学性质,如大小、内部结构、DNA、RNA、蛋白质、抗原等,并可对其分类、收集的高新技术。概述第2页,本讲稿共80页 流式细胞术(FCM)借鉴了荧光显微镜技术,同时利用计算机技术、激光技术、电子技术、流体力学、细胞化学、细胞免疫学等多门高新技术的发展,将荧光显微镜的激发光源改为激光,使之具有更好的单色性与激发效率,因而大大提高了检测灵敏度,同时将固定的标本台改为流动的单细胞悬液,用计算机进行数据处理,从而大大提高了检测速度与统计精
2、确性,而且从同一个细胞中可以同时测得多项参数,被誉为是细胞分析领域的“CT”。第3页,本讲稿共80页 流式细胞术(FCM)以其快速、灵活、大量、灵敏和定量的特色,广泛应用于基础研究和临床实践各个方面,包括细胞生物学、肿瘤学、血液学、免疫学、药理学、遗传学及临床检验学等,在各学科领域发挥着重要的作用。第4页,本讲稿共80页第一部分 流式细胞仪的分析及分选原理第二部分 数据的显示与分析第三部分 流式细胞仪免疫分析的技术要求第四部分 流式细胞术在免疫学检查中的应用第五部分 应用举例第5页,本讲稿共80页 流式细胞仪是将流体喷射技术、激光技术、空气技术、射线能谱术及电子计算机等技术与显微荧光光度计密切
3、结合的一种非常先进的检测仪器。第一部分第一部分 流式细胞仪的分析流式细胞仪的分析及分选原理及分选原理第6页,本讲稿共80页 该仪器具有高度的精密性,测定的数据准确可靠。既可分析单个细胞,也能区分群体细胞,检测的速度可达5000个细胞/秒,分选纯度可高达99%以上。由于该仪器的多参数性、准确性、快速性及分选的高纯度性等特点,所以在细胞生物学、免疫学、肿瘤学、病理学及临床医学等领域中得到越来越广泛的应用。第7页,本讲稿共80页第8页,本讲稿共80页细胞组成细胞功能大小细胞表面/胞浆/核-特异性抗原粒度细胞活性DNA,RNA含量胞内细胞因子蛋白质含量激素结合位点钙离子,PH值,膜电位酶活性流式细胞仪
4、常检测的细胞特性第9页,本讲稿共80页 经荧光色素染色的细胞或包裹在鞘液里的其经荧光色素染色的细胞或包裹在鞘液里的其他生物微粒,从他生物微粒,从5050100m100m的喷嘴逐个高速喷出,的喷嘴逐个高速喷出,通过一个聚焦的光源,进而通过各种光敏元件测通过一个聚焦的光源,进而通过各种光敏元件测量这些细胞或微粒所发射的散射光以及荧光,经量这些细胞或微粒所发射的散射光以及荧光,经计算机分析和处理可得到多种信息参数。计算机分析和处理可得到多种信息参数。一、工作原理 第10页,本讲稿共80页结构示意图第11页,本讲稿共80页单细胞液柱已标记的单细胞悬液和鞘液硅化管流动室喷嘴荧光检测系统和散射光感受系统收
5、集光信号荧光染料被激发发光光电倍增管脉冲信号计算机系统分析结果放大垂直相交形成稳态水平激光与之基本过程第12页,本讲稿共80页 (1)液流系统 (2)光学系统 (3)数据处理系统1.流式细胞仪的基本结构:第13页,本讲稿共80页由样本和鞘液组成由样本和鞘液组成待测细胞待测细胞 单个细胞的悬液单个细胞的悬液 荧光染料标记的单抗荧光染料标记的单抗对其染色对其染色 受清洁气体压力受清洁气体压力 从样品管进入流动室形成样从样品管进入流动室形成样本流本流鞘液:辅助样本流被正常检测的基质液。主要作用是包鞘液: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,裹样本
6、流的周围,保持样本流中细胞处于喷嘴中心位置,防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。防止其靠近孔壁而阻塞喷孔。(1)液流系统)液流系统第14页,本讲稿共80页喷嘴喷嘴FluorescenceFluorescencesignalssignalsFocused laserFocused laserbeambeam鞘液鞘液液流系统示意图第15页,本讲稿共80页FCM的液流系统(如何形成单个细胞流)样本管鞘液管第16页,本讲稿共80页激光光源:气冷式氩离子激光器激光光源:气冷式氩离子激光器分色反光镜:反射长分色反光镜:反射长/短波长,通过短短波长,通过短/长长波长波长光束成形器:两十字交叉放置的透镜光束成形器:两十
7、字交叉放置的透镜透镜组:形成平行光,除去室内光透镜组:形成平行光,除去室内光滤片:长通、短通、带通滤片:长通、短通、带通光电倍增管:光电倍增管:FS,SSFS,SS(散射光),(散射光),FL1,FL2,FL3,FL4FL1,FL2,FL3,FL4(荧光)(荧光)(2)光学系统)光学系统第17页,本讲稿共80页FlowTipLaserSS and FLDetectorFS Detector光学系统示意图第18页,本讲稿共80页主要由计算机及其软件组成主要由计算机及其软件组成(3)数据处理系统)数据处理系统第19页,本讲稿共80页 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,
8、它的强弱与细胞的大小、形状、胞内颗粒折射等有关,主要分为前向散射光和侧向散射光。二、散射光的测定第20页,本讲稿共80页第21页,本讲稿共80页前向散射光前向散射光(forward scatter,forward scatter,FSFS):激光束照射细胞时,光以相激光束照射细胞时,光以相对轴较小角度对轴较小角度(0.5(0.510)10)向前方散射的讯号用于检测细胞等粒子的表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面属性,信号强弱与细胞体积大小成正比。第22页,本讲稿共80页FALS SensorLaser前向散射光示意图第23页,本讲稿共80页侧向散射光(
9、侧向散射光(side scatter,SSside scatter,SS):):激光束照射细胞时,激光束照射细胞时,光以光以9090角散射的讯号,用于检测细胞角散射的讯号,用于检测细胞内部结构属性。内部结构属性。第24页,本讲稿共80页FALS Sensor90LS SensorLaser侧向散射光示意图第25页,本讲稿共80页 测得的测得的FSFS与与SSSS信信号通过计算机处理,号通过计算机处理,可得到可得到FS-SSFS-SS图,由图,由此可仅用散射光信号此可仅用散射光信号对未染色的活细胞进对未染色的活细胞进行分析或分选。行分析或分选。此为血细胞分类此为血细胞分类的基本原理,但不能的基本
10、原理,但不能分析表面分子。分析表面分子。淋巴细胞淋巴细胞单核细胞单核细胞中性粒细胞中性粒细胞光散射测量最有效用途:光散射测量最有效用途:从非均一群体中鉴别出某些亚群从非均一群体中鉴别出某些亚群 第26页,本讲稿共80页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。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
11、不同的光电倍增管。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。不同特征。线性放大器和对数放大器线性放大器和对数放大器三、荧光测量第27页,本讲稿共80页荧光染料的特性荧光染料的特性激发波长(EXCITING)发射波长(EMISSION)第28页,本讲稿共80页第29页,本讲稿共80页荧光补偿第30页,本讲稿共80页 通过流式细胞仪进行细胞分选主要是在对具有某种特征的细胞需进一步培养和研究时进行的。四、细胞分选原理第31页,本讲稿共80页细胞悬液形成液流柱流动室振动液流断裂成液滴空白液滴含细胞的液滴弃去偏转落入收集
12、器压电晶体产生机械振动不充电充电(一)分选基本原理第32页,本讲稿共80页分选速度:分选速度:单位时间内分选的细胞数量。与悬液中细单位时间内分选的细胞数量。与悬液中细胞的含量成正比。胞的含量成正比。分选纯度:分选纯度:分选出的目的细胞占所有收获细胞的分选出的目的细胞占所有收获细胞的百分率。百分率。分选收获率:分选收获率:实际收获的分选细胞与设定通过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。测量点的分选细胞之间的比率。与纯度成反比。分选得率:分选得率:从一群体细胞悬液中分辨出目的细胞的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。与分选总量
13、,再经分选后得到目的细胞的实际得率。与分选速度成反比。速度成反比。(二)分选的技术要求第33页,本讲稿共80页参数:参数:FS,SS,FLFS,SS,FL数据显示方式数据显示方式 (单参数直方图(单参数直方图 、双、双参数散点图参数散点图 、二维等高图、二维等高图 、假三维、假三维等高图等高图 、三参数散点图、三参数散点图 )设门分析技术设门分析技术 第二部分 数据的显示与分析第34页,本讲稿共80页FSFS:反映颗粒的大小:反映颗粒的大小SSSS:反映颗粒的内部结构复杂程度:反映颗粒的内部结构复杂程度FLFL:反映颗粒被染上的荧光数量多少:反映颗粒被染上的荧光数量多少一、参数第35页,本讲稿
14、共80页单参数直方图单参数直方图双参数直方图双参数直方图:点图点图 二维等高图二维等高图 假三维等高图假三维等高图三参数直方图三参数直方图多参数分析多参数分析直分析方图设门分析:REGION和GATE设置二、数据显示方式第36页,本讲稿共80页 由一维参数由一维参数(散射光或荧光散射光或荧光)与颗粒计数与颗粒计数(COUNT)构成,反映同样散射光或荧光构成,反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。强度的颗粒数量的多少。(一)单参数直方图第37页,本讲稿共80页单参数直方图细细胞胞相相对对数数量量信道(channel)第38页,本讲稿共80页双参数直方图:纵轴和横轴分别代表被测双参数直方图:纵
15、轴和横轴分别代表被测量细胞的两个测量参数,根据这两个参数量细胞的两个测量参数,根据这两个参数就可以确定细胞在图上的表达位置。就可以确定细胞在图上的表达位置。双参数信号双参数信号通常采用对数信号,最常用的通常采用对数信号,最常用的是点密图,在图中,每个点代表一个细胞,是点密图,在图中,每个点代表一个细胞,点图利用颗粒密度反映同样散射光或荧光点图利用颗粒密度反映同样散射光或荧光强度的颗粒数量的多少。强度的颗粒数量的多少。(二)双参数直方图第39页,本讲稿共80页1.双参数直方图点图绿色荧光强度红红色色荧荧光光强强度度第40页,本讲稿共80页双参数直方图点图第41页,本讲稿共80页2.二维等高图由类
16、似地图上的等高线组成,其本质也是由类似地图上的等高线组成,其本质也是双参数直方图。双参数直方图。等高图上每一条连续曲线上具有相同的细等高图上每一条连续曲线上具有相同的细胞相对或绝对数,即胞相对或绝对数,即“等高等高”。曲线层次越高曲线层次越高(越里面的线越里面的线)所代表的细胞所代表的细胞数愈多。数愈多。等高线越密集则表示细胞数变化率越大。等高线越密集则表示细胞数变化率越大。第42页,本讲稿共80页二维等高图第43页,本讲稿共80页3.假三维等高图第44页,本讲稿共80页(三)三参数直方图第45页,本讲稿共80页 多参数分析:当细胞标记了多色荧光,被激多参数分析:当细胞标记了多色荧光,被激发光
17、激发后,得到的荧光信号和散射光信发光激发后,得到的荧光信号和散射光信号可根据需要进行组合分析。号可根据需要进行组合分析。(四)流式细胞仪的多参数分析第46页,本讲稿共80页 Gate Gate设置:指在某一张选定参数的直设置: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。体现这群细胞的分布情况。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。三、设门分析技术第47页,本讲稿共80
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