掌上库尔特计

史上曾经有 400 多种颗粒表征技术，其中有一种以发明者命名的颗粒计数与粒度测试技术至今尚在广泛使用，并且是全球血细胞计数的标准技术，那就是被冠以科学名称电阻法（或电感应区法）的库尔特原理。此项技术自20 世纪 50 年代初发明以来[i]，被广泛应用于医学以及各个工业领域，包括超过 98%的自动细胞计数器[ii,iii]。除了测量各类血细胞外，此原理还可用于表征（计数和粒度测量）合适粒度范围内的任何可悬浮在电解质溶液中的颗粒材料[iv]。在过去 70 多年中，该方法已被用来表征数千种不同的医学与工业颗粒材料，2022 年的谷歌学者搜索发现有近 16 万篇有关库尔特计数器的各类文献。 在电阻法测量中，壁上带有一个小孔的玻璃管被放置在含有低浓度颗粒的弱电解质悬浮液中，该小孔使得管内外的液体相通，并通过一个在孔内另一个在孔外的两个电极建立一个电场。 由于悬浮液中的电解质，在两电极加了一定电压后（或通了一定电流后），小孔内会有一定的电流流过（或两端有一定的电压），并在那小孔附近产生一个所谓的“感应区”。含颗粒的液体从小孔管外被真空或其他方法抽取而穿过小孔进入小孔管。当颗粒通过感应区时，颗粒的浸入体积取代了等同体积的电解液从而使感应区的电阻发生短暂的变化。这种电阻变化导致产生相应的电流脉冲或电压脉冲。通过测量电脉冲的数量及其振幅，可以获取有关颗粒数量和每个颗粒体积的信息。 1 库尔特原理示意图 本文将分为两篇。第一篇介绍库尔特先生，第二篇介绍经典库尔特原理及其最新发展。库尔特先生&库尔特原理库尔特先生是与中美两国有密切关系的一位传奇性人物。2 华莱士• 库尔特（Wallace H. Coulter，1913-1998）他出生于阿肯色州，在乔治亚理工学院学习电子工程。1930 年代，他是美国通用电气公司在中国的销售代理，住在上海和平饭店。 正当他处于热恋之中，与一位白俄罗斯美女在和平饭店品着美酒咖啡，欣赏爵士音乐，漫步月光下的外滩时，太平洋战争爆发，日军侵入了上海的公共租界。他不得不离开恋人，随着日军的不断南侵，从华南经东南亚回到美国。中美 1979 年建交后，他成为最初一批前往中国访问的美商。他与随行人员回到和平饭店那间包房，抚摸着外滩的岸墙，勾起了深深的回忆。他期望在中国政府的帮助下，寻找那在战乱中失联的情人。30多年的动荡岁月，又是一位外籍女子，那是一个达不成的愿望。他钟情一生，终身未婚，也无子女，可是中国情结却挥之不去。 3 库尔特在 1990 年代与中国代表团，右一为作者。早在 1970 年代，库尔特公司就由其英国分公司在华销售血细胞计数仪。中美建交之后的 1980 年代，库尔特公司在蔡光天开办的改革开放早期最大的英语培训学校——上海前进业余进修学校的帮助下，成为最早一批在中国开展业务的美国企业。他办公室内，桌上地下放满了与中国有关的书籍物品，每次有来自中国的访客或员工，他都会亲切地与他们会面，亲自解释库尔特原理。1940 年代，美国在日本投了原子弹后，受辐射区人们需要进行大量的血液检验，但当时的医学界缺乏快速准确的血细胞检验方法。库尔特在自家车库内埋头研究了数年。最初的设计是在一张纸上打一个粗糙的洞，然后将纸浸在液体中。经过无数次的试验与设计改动，并据说他曾经割破自己的手指滴血，来验证他的发明。库尔特最终在 1953 年发明了被世人普遍认可的库尔特原理，并为之成立了库尔特电子公司（Coulter Electronics），量产血液计数仪，给全球血液检验带来了革命性的飞跃。库尔特公司在佛罗里达州全盛时有四五千员工。 库尔特并直接促成了颗粒表征业内另外两家公司的成立与发展。他的一个员工伯格 （Rebert H. Berg, 1921-1999）考虑到工业界颗粒大小的分布一般较宽，线性电子线路无法满足， 发明了对数安排的电子线路，可以测量粒径跨越几个数量级的样品。伯格后来在 1958 年成立了规模较小的颗粒数据实验室（Particle Data Laboratories），在工业界推广库尔特计数仪。而当库尔特母校乔治亚理工学院的奥尔教授（Clyde Orr,1921-2010）与他的博士生亨德里克斯（Warren P. Hendrix,1932-2005）在 1962 年下海生产全球首款商用表面吸附仪时，已在商业上小有成就的库尔特出资促成了麦克仪器公司（Micromeritics Instrument Company）的成立。而麦克仪器公司又在 1997 年收购了由于伯格陷入尼日利亚骗局而濒临破产的公司的库尔特计数仪产品。 4 收藏在美国历史国家博物馆中最早的库尔特计数仪：型号 A当库尔特自知来日不多时， 他想起了老朋友贝克曼（Arnold O. Beckman，1900-2004）。尽管贝克曼早已退休，可是贝克曼仪器公司的文化传承很使库尔特满意，他拒绝了数家更大公司的高价，在贝克曼仪器公司保证保留他姓的条件下，在 1997 年促成了贝克曼库尔特公司的诞生。 他将出售公司获得的款项，建立了有近 5 亿美金的华莱士·H·库尔特基金，专用于通过医学与工程研究而发展医疗保健。库尔特并被美国科学历史研究所列入了名人堂。参考文献【i】 Coulter, W.H., Means for Counting Particles Suspended in a Fluid, US Patent 2,656,508, 1953. 【ii】Graham, M.D., The Coulter Principle: Foundation of an Industry, J Assoc Lab Auto, 2003, 8(6), 72-81. 【iii】 Graham M.D., The Coulter Principle: Imaginary Origins, Cytometry A, 2013, 83(12), 1057-61. 【iv】 Lines, R.W., The Electrical Sensing Zone Method, in Liquid and Surface-Borne Particle Measurement Handbook, Eds. Knapp, J.Z., Barber, T.A., Lieberman, A., Marcel Dekker, New York, 1996, Chpt.4, pp113-154. 作者简介许人良，国际标委会颗粒表征专家。1980年代前往美国就学，受教于20世纪物理化学大师彼得德拜的关门弟子、光散射巨擘朱鹏年和国际荧光物理化学权威魏尼克的门下，获博士及MBA学位。曾在多家跨国企业内任研发与管理等职位，包括美国贝克曼库尔特仪器公司颗粒部全球技术总监，英国马尔文仪器公司亚太区技术总监，美国麦克仪器公司中国区总经理，资深首席科学家。也曾任中国数所大学的兼职教授。 国际标准化组织资深专家与召集人，执笔与主持过多个颗粒表征国际标准 美国标准测试材料学会与化学学会的获奖者 中国颗粒学会高级理事，颗粒测试专业委员会常务理事 中国3个全国专业标准化技术委员会的委员 与中国颗粒学会共同主持设立了《麦克仪器-中国颗粒学报最佳论文奖》浸淫颗粒表征近半个世纪，除去70多篇专业学术论文、SCI援引近5000、数个美国专利之外，著有400页业内经典英文专著《Particle Characterization： Light Scattering Methods》，以及即将由化学工业出版社出版的《颗粒表征的光学技术及其应用》。点击图片查看更多表征技术

生物、药物等许多的研究均需要通过观察细胞体积的变化或细胞数目增减的来判断和评估实验的效果。由于细胞所处环境的改变可促使其自身体积做出相应的变化，以便适应改变后的环境大致新的平衡。由于并不能清晰地知道该种细胞体积变化规律，因此必须检测其体积或细胞数目随条件、时间的变化。　　细胞的发育与细胞分裂周期级数递增均需要连续不断的细胞增殖。　　在培养液中正在增殖的细胞在其分裂前其体积将增大至原体积的两倍。然而对细胞发育与分裂的速度作如何调整才能保证细胞体积的不变并不明确。因此，测量细胞的体积的变化对了解与控制细胞的发育和周期非常重要。　　细胞的死亡　　细胞的增殖与细胞的死亡之间需要一个精细的平衡以保持足够的细胞数量。该种平衡容许细胞作最佳的状态调节以适应各样机能变化的需求。细胞死亡有两种清晰的机制，坏死与凋亡。坏死是一个病理生理的机制，包括细胞膨胀以及细胞膜破裂而释出内容物。凋亡则是一个程序式死亡的机制。凋亡的特征之一就是细胞收缩。细胞有缺陷的凋亡与过度凋亡，两者同样会导致严重疾病。　　渗透压的补偿　　任何种类的细胞都有可能因处于不利环境而死亡。细胞犹如多孔的网筛极易因渗入已溶解于周围环境的化学物而使渗透压受影响。细胞内外环境中该些溶解物颗粒数目的不平衡，将会导致水份透进细胞而使其体积涨大，或者是水份从细胞渗出使其体积收缩。　　当细胞或微生物遭遇环境的变化，它们都会尝试通过自身调节来适应新的环境。　　细胞平均体积(MCV)的变化　　当细胞或微生物遭受环境变化时，它们将通过自身调整以图适应新的环境。一些例子中细胞需要改变自身体积以便达到适合的目标。　　由贝克曼库尔特公司出品的Multisizer 3 库尔特细胞特性分析仪是目前最权威的细胞体积、细胞计数的分析仪器，应用文献多不胜数。无可逾越的领先技术更使Multisizer 3 成为分辨率最高的仪器。国外的用户统计表明，Multisizer 3 已成为细胞实验室必备的研究工具。　　自华莱士• 库尔特先生发明 库尔特原理 以来，该原理已广泛应用于材料、生物、医学、制药等众多的领域。目前生物领域的细胞计数标准就是库尔特原理。美国材料实验协会ASTM将库尔特原理定为生物细胞计数的标准(ASTM-F2194)。国际血液学标准化委员会亦指定库尔特原理为计算红细胞与白细胞的标准实验室方法 (Clin. lab. Haemat. 1988. 10, 203-212.)。　　作为库尔特原理及技术应用的鼻祖，美国贝克曼库尔特公司始终保持着技术领先的优势。† 库尔特计数仪(Coulter Counter)无论在研究还是在质量控制的应用均具有深远的影响力。在权威的研究机构及其发表的学术文献当中，库尔特计数仪均担当着不可或缺的角色。　　多年来贝克曼库尔特公司在市场上推出了一系列的库尔特计数仪(Coulter Counter)，如：ZM、TA II、Multisizer II等系列型号，为科研与产品控制的实验室颗粒/细胞的检测提供最可靠的分析手段。Multisizer 3 型库尔特颗粒/细胞计数及粒度分析仪为当今所有计数仪、粒度分析仪当中分辨率最高的仪器。　　库尔特原理(Coulter Principle)　　又称为电感应区技术。　　悬浮于弱电解液中的细胞被抽吸而经过一个小孔，因产生外加电压而形成“感应区”。细胞经过小孔时，细胞的体积替代了电解液的相应体积。因相应体积的电解液被替代，小孔感应区产生电压脉冲而导致电阻的改变。脉冲的强度与细胞的体积成比例的关系 。　　Multisizer 3 先进的DPP 数码脉冲处理器，使测量过程中的数以百万计的脉冲信号无须经压缩而保存。数据因无损失而能实现再分析功能。DPP的功能使得Multisizer 3 能够实时监测样品在分析过程中的原始变化。　　DPP同样可用于检测细胞体积的改变。在许多的生化过程中细胞体积是一个重要的参考因素。如细胞发育、细胞周期、细胞死亡、渗透压的补偿、致病机理和吞噬作用等。Multisizer 3 可以观测细胞粒径与体积从几秒到几小时内的变化。　　DPP技术在低温生物学中的应用　　这是在冷冻过程中受渗透压影响的细胞，其平均体积(MCV)的分布曲线和20秒内连续的脉冲峰值平均值的变化。　　择任意的脉冲群可以将一个粒度分布“分割”成多重的分布。因此，可获得在分析全程中的某一时段的粒度分布。如图示，可获得细胞的平均直径随时间的变化。　　使用Beckman Coulter 的Multisizer™ 3 库尔特体积粒度分析仪将能方便而精确地测量细胞平均体积(MCV)的各种变化。

p　　strong仪器信息讯/strong 贝克曼库尔特(Beckman Coulter)生命科学公司1月30日宣布，它已经收购了私人持有的液体处理公司Labcyte。收购的具体条款尚未披露。/pp　　总部位于美国加州Sunnyvale的Labcyte是一家生产革命性移液系统的全球性生物技术公司。Echo声波移液系统(Echo liquid handling systems)利用声波可进行样品和试剂的全自动、非接触式转移，可用于精确移液。/pp　　Labcyte仪器在全世界范围内被全部的前十大制药公司采用，其用户也包括其他中小型制药公司、生物技术公司、合同研究机构(CRO)和学术机构。Labcyte的客户的工作范围遍布宽广的生物学领域，包括药物开发、基因组学、蛋白质组学、诊断学、影像质谱和活细胞转移。/pp　　“Labcyte独特的产品组合补充了我们现有的液体处理和实验室自动化业务。”Beckman Coulter总裁Jonathan Pratt在一份声明中说：“它为开发和增强客户工作流程的省时解决方案提供了新的机会。”/pp　　通过此次收购，Labcyte将整合到总部位于印第安纳波利斯的Beckman Coulter，后者是丹纳赫(Danaher)的子公司。/p