流式细胞仪检测原理

流式细胞仪在生命科学领域尤其医学中应用非常广泛，是一种能够对细胞进行相关处理的仪器，并且能够对细胞进行必要的分析。小编为大家介绍一下流式细胞仪的概念、发展历史、特点、分类、基本原理以及应用。　　流式细胞术与流式细胞仪的概念　　流式细胞术(flow cytometry , FCM)：是一种定量分析技术，是指利用流式细胞仪检测细胞特异性标记荧光信号而测定细胞的多种生物物理性质的方法，同时也是一项可以把具有某相同荧光信号特性的某些细胞亚群从多细胞群体中分离和富集出来的细胞分析技术。点击查看更多细胞流式仪　　流式细胞仪(flow cytometer)：是一种集激光技术、电子物理技术、光电测量技术、电子计算机技术、细胞荧光化学技术和抗原抗体检测技术为一体的新型高科技仪器 是以激光为光源、检测生物学颗粒理化性质的仪器。　　流式细胞仪的发展历史　　1、1934年，Moldavan使悬浮的红细胞从一个毛细玻璃管中流过，每个通过的细胞可被一个光电装置记录下来。这就是流式细胞仪的雏形。　　2、1965年，Kamentsky用紫外吸收和可见光散射两个参数同时测量未染色细胞，给出细胞中核酸的含量和细胞大小。奠定了多参数流式细胞测量的基础。　　3、1967年，Van Dilla和Los Alamos采用了层流流动室和氩激光器，开发出了液流束、照明光轴、检测系统三者相互垂直的流式细胞仪。这成为目前各种流式细胞仪的基础。　　4、1969年，Fulwyler利用静电墨水喷射液滴偏转技术，建立了流式细胞分选术。Ehrlich和Wheeless利用飞点扫描技术和缝扫描技术使零分辨率的流式细胞仪变成了低分辨率的流式细胞仪。　　5、20世纪70年代，随着Kohler和Milstein成功提出了单克隆抗体技术和荧光标记技术，为特异研究和分析细胞奠定了良好的基础。　　6、1973年，美国BD公司和美国斯坦福大学合作，研制开发并生产了世界上第一台商用流式细胞仪FACS I。　　7、20世纪80年代，流式细胞仪的数据采集、存储、显示、分析日趋完善，随着样品制备方法的增加，新的荧光染料和细胞标记物的出现，使流式细胞仪的应用范围逐渐扩大。　　8、20世纪90年代，与之配套的标本制备仪和自动进样器的问世，以及适合临床应用的单克隆抗体的增加，使流式细胞仪逐渐从科研单位进入医院的中心实验室和检验科，成为现代化的临床检验仪器的一部分。　　流式细胞仪的特点　　1、高速度：每秒可检测1 000-5 000个细胞。　　2、高灵敏度：每个细胞只要带有1 000-3 000个荧光分子就能检出，两个细胞之间有5%的差别就可区分出来，光散射的灵敏度为0.3um。　　3、高精度：在细胞悬液中测量细胞，比其他分析技术的变异系数更小，分辨率高。　　4、高纯度：分选细胞的纯度可大于99%以上。　　5、多参数：可同时定量检测单个细胞的DNA等多个参数。　　流式细胞仪的分类　　1、根据功能不同，可分为临床型和综合型(科研型)。　　2、根据有无细胞分选功能，可分为流式细胞分析分选仪和流式细胞分析仪。　　3、根据结构不同，可分为一般流式细胞仪(零分辨率流式细胞仪)和狭缝扫描流式细胞仪(高分辨率流式细胞仪)。前者的激光光斑为椭圆形，光斑直径大于被检细胞体积。后者激光光束为一条线状扁平光斑，直径在3-5um。　　流式细胞仪的基本原理　　1、将悬浮分散的单细胞悬液，经特异性荧光染料染色后，放入样品管。　　2、在气体压力的作用下，悬浮在样品管中的单细胞悬液形成样品流垂直进入流式细胞仪的流动室，流动室充满鞘液，在鞘液的约束下，细胞排列成单列由流动室的喷嘴喷出，成为细胞液柱。　　3、液柱与水平方向的入射激光束垂直相交，相交点称为测量区。通过测量区的细胞受激光照射后发出荧光，同时产生光散射。这些信号分别被成90℃角方向放置的光电倍增荧光检测器和前向角放置的光电二极管检测器接收，经过转换器转换为电子信号。　　4、电子信号经模/数转换输入计算机。计算机通过相应的软件储存、计算、分析，就可以得到细胞的大小和活性、核酸含量等理化指标。　　流式细胞仪的应用　　1、DNA倍体分析　　DNA分析是流式细胞仪最初且是现在应用最广检测项目。由于恶性细胞DNA含量通常与正常细胞不同，存在异倍体细胞，所以现有很研究评价异倍体细胞与肿瘤恶性度及其预后的关系。DNA含量检测还可提供细胞周期方面的信息，这在细胞生物学中运用很广泛。特别地，它可表示出细胞毒性药物对细胞作用过程。这些DNA检测还可与细胞表面标志物标记同时进行，这样在细胞混合培养中，可通常追踪表达特异标志物的细胞显示其生长周期情况。所有方法都是基于染料能与核酸起特异的化学反应并发射出荧光，常用的染料为PI，DAPI。　　在该领域Partec公司的 CyFlow PA是一枝独秀。　　2、细胞生存能力实验　　使用Heochest 33342染料与DNA特异性结合，后因细胞活力不同染料的结合程度也各异，故可评估细胞的活性度。　　3、计数外周血中检测网织红细胞　　使用TO染料能够特异性地与RNA结合，结合系数高达3000，故具有很好的性价比。　　4、外周血、骨髓采集物中CD34阳性干细胞计数，临床上用于骨髓移植前干细胞数理的测定。使用标准ISHAG方案，需要DNA或其他核染料占用FITC通道，PE标记CD34抗体，PE-CY5标记CD45抗体。　　5、交叉淋巴细胞、粒细胞毒实验　　检测识别供体血清中免疫球蛋白与受体粒细胞之间是否存在反应有着重要临床意义，因为这种反应会导致移植后发热、移植后肺损伤及免疫性粒细胞缺乏症。流式细胞仪可检测全血样本与血清孵育后粒细胞上结合的人免疫球蛋白。FITC标记人免疫球蛋白抗体、PE标记粒细胞表面标志物、PE-CY5标记HLA抗体。　　6、血小板自身抗体检测　　血小板自身抗体识别人血小板抗原，会引起各种临床相关症状，如新生儿自免性血小板减少症、输血后紫癜、难治性血小板减少。流式细胞可快速准确地检测血小板自身抗体。FITC标记抗人免疫球蛋白抗体、PE标记识别血小板抗体。　　7、移植交叉配型　　原细胞毒实验，主要用于避免移植物超急性排拆反应。流式细胞仪用于监测T或B细胞是否受到受体血清中免疫球蛋白攻击，作为HLA配型前的预实验。流式细胞仪因其高精确性已成为该领域内的金标准。FITC标记抗人免疫球蛋白抗体、PE标记识别T细胞CD3或B细胞CD29抗体。　　8、检测细胞经抗原或细胞有丝分裂刺激后活化效应淋巴细胞早期活化指标CD69可用来检测免疫治疗效果。流式细胞使用三色分析可监测淋巴细胞各亚群活化情况：FITC标记的CD3抗体、PE标记的CD8抗体、PE-CY5标记的CD69抗体。　　9、细胞增殖状态检测　　核增殖抗PCNA、Ki67、BrdUrd用于衡量细胞增殖分裂状况，在评估肿瘤预后有重要意义。为些标志物的检测一般同细胞表面标志物同时检测。FITC标记PCNA或Ki67或BrdUrd，PE或(并)PE-CY5标记细胞表面标志物。　　10、染色体分析　　流式细胞仪染色分析运用两种特异性染料：Hoechest33258与核苷酸AT结合 Chromomycin A3与GC相结合。从而在双参数坐标上根据染色体ATCG含量的不同识别各种染色体。平时进行的染色体分析耗时且需要操作者极具经验，而用流式细胞仪时可快速地识别出异常染色体，如加配分选系统可将这些异常染色体分选出来作进一步分析。　　以上，就是小编为您介绍的流式细胞仪的概念、发展历史、特点、分类、基本原理以及应用。如今医疗的进步离不开医疗设备的发展与进步，流式细胞仪就是集中于测量发育异常的细胞遗传物质的数量变化，该设备的鉴定对种质资源、物种进化、物种分类、生态学研究、倍体育种等方面具有重要意义。

在液体活检的研究中，基于表面上皮标志物（EpCAM和CK）的循环肿瘤细胞（CTC）检测策略应用较为广泛，但存在局限性。研究表明，CTC中的肿瘤相关miRNA与癌症的发生和发展具有高度相关性，具有成为肿瘤表征和鉴定标志物的潜力。目前，高通量地针对单个CTC在活细胞水平开展原位分析，并进一步实现多个miRNA的同步分析，是颇具挑战性的工作。然而，新型的二维纳米材料——金属有机框架（MOF）因结构可控、功能多样的特性，为研究人员提供了活细胞探针载体的新思路。 　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院陈艳团队联合清华大学深圳国际研究生院谭英团队、香港理工大学杨莫团队，提出了新型的2D MOF纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪（Nano-DMFC），可应用于CTC单细胞miRNA的原位多重检测。相关研究成果以2D MOF Nanosensor-Integrated Digital Droplet Microfluidic Flow Cytometry for In Situ Detection of Multiple miRNAs in Single CTC Cells为题，发表在Small上。 　　本研究开发了一种新型的2D MOF纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪（Nano-DMFC），突破了活细胞中核酸原位分析的技术瓶颈，高通量地实现了样本中单个CTC活细胞miRNA的原位、多重、定量分析。该纳米传感方案以金属有机框架MOF为猝灭剂，双色荧光染料标记DNA探针为供体，首次合成了用于双重miRNAs检测的生物功能化MOF荧光共振能量转移（FRET）纳米探针。该2D MOF纳米传感器修饰了两种乳腺癌靶向多肽序列，以增加肿瘤细胞靶向和内体逃逸能力。集成2D MOF纳米传感器的数字液滴微流控流式细胞仪，可实现单个乳腺癌细胞中双重miRNA标志物（miRNA-21和miRNA-10a）的原位检测。 　　纳米传感器集成的液滴微流控流式细胞仪由三部分组成——单细胞液滴发生器、纳米探针微注射单元和液滴荧光检测单元。Nano-DMFC系统首先产生单细胞液滴，然后2D MOF纳米传感器被精确地微注射到每个单细胞液滴中，在活细胞水平实现单个肿瘤细胞中的双重miRNA表征。在单个肿瘤细胞内存在目标miRNA时，MOF纳米片上的染料标记的ssDNA与其靶标形成杂交双链DNA（dsDNA），dsDNA和MOF之间的相互作用减弱，使dsDNA从MOF表面分离，最终触发荧光的恢复。不同类型的miRNA在单个细胞中产生不同的荧光信号。最后，研究使用光纤集成的液滴流式检测装置，在纳米探针孵育后对液滴中的信号进行检测和分析，从而实现对单细胞中双重miRNA的检测。实验结果表明，Nano-DMFC平台能够以双重miRNA为靶标在仿生样本（含有10,000个阴性上皮细胞）中检测出10个阳性CTC细胞，同时在加标血液样本的回收实验中表现出良好的重复性。该平台验证了以miRNA为标志物的CTC检测新策略。Nano-DMFC系统作为小型化、高度集成、操作简易的活细胞miRNA分析平台，为探究肿瘤细胞异质性和鉴定细胞亚型提供了新思路，并在临床研究中具有癌症早期诊断和术后监测的潜力。 　　研究工作得到国家自然科学基金、广东省粤港联合创新领域项目、深圳市科技创新委员会和香港研究资助局等的支持。 　　论文链接 　　A、同时检测miR-21和miR-10a的MOF-PEG-peps纳米复合材料传感器的制备方案；B、Nano-DMFC系统中的样品处理单元和miRNA检测单元，可实现单细胞液滴包裹、纳米传感器微注射、单个CTC细胞多重miRNA荧光检测。 在液体活检的研究中，基于表面上皮标志物（EpCAM和CK）的循环肿瘤细胞（CTC）检测策略应用较为广泛，但存在局限性。研究表明，CTC中的肿瘤相关miRNA与癌症的发生和发展具有高度相关性，具有成为肿瘤表征和鉴定标志物的潜力。目前，高通量地针对单个CTC在活细胞水平开展原位分析，并进一步实现多个miRNA的同步分析，是颇具挑战性的工作。然而，新型的二维纳米材料——金属有机框架（MOF）因结构可控、功能多样的特性，为研究人员提供了活细胞探针载体的新思路。

p style="text-align: justify "strong style="font-size: 14px "span style="color: rgb(0, 112, 192) "　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　/span/span/strongspan style="color: rgb(31, 73, 125) font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai font-size: 14px "近年来，流式细胞仪市场“动作”频繁。2018年9月，安捷伦以2.5亿美元收购国产流式制造商ACEA，被业内称“靠谱国产品牌又少一个”。2018年10月，Luminex同意以7500万美元收购默克的流式细胞仪部门(于2019年1月完成此项收购)，将Amnis和Guava品牌收入囊中，从而扩大了Luminex在生命科学研究中的领域。2019年1月，中生（苏州）医疗自主研制的流式细胞仪已在吉大一院投入临床使用。2019年2月，达科为与必达科共同推出Exflow品牌流式细胞仪。2019年2月，国产厂商赛雷纳也推出流式细胞仪新品。2019年，唯公科技研发的Easycell系列流式细胞仪也将获证上市。此外，博奥生物、竞天生物等国产厂商也于近年纷纷发布流式细胞仪产品。/spanbr//pp style="text-align: justify "span style="color: rgb(31, 73, 125) font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai font-size: 14px "　　目前国内流式细胞仪厂商已达20余家，流式细胞仪技术不断发展，仪器不断小型化, 融合微流控、显微成像技术，未来应用前景十分广阔。流式细胞仪的发展已有数十年，为何各厂商近年纷纷选择布局流式细胞仪市场?流式细胞仪市场有什么样的特点?为了对我国流式细胞仪市场发展情况作必要解读和评价，仪器信息网邀请strong中生医疗总经理/strongstrong董峰博士/strong谈一谈对流式细胞仪的看法。/span/pp style="text-align: justify "a href="https://www.instrument.com.cn/zt/liushixibaoyi" target="_blank"span style="text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(31, 73, 125) font-family: 宋体,SimSun font-size: 14px text-decoration: underline "点击进入span style="color: rgb(255, 0, 0) font-family: 宋体,SimSun font-size: 14px text-decoration: underline "“进击的”流式细胞仪专题/span，解锁更多流式行业信息！/span/strong/span/a/pp style="text-align: justify " /pp style="text-align: center "img width="391" height="566" title="董峰博士-中生.jpg" style="width: 206px height: 293px " alt="董峰博士-中生.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/c4089801-df5f-4919-a9df-85c9be83cc5a.jpg"//pp style="text-align: center "strong中生医疗总经理 董峰博士/strong/pp style="text-align: justify "br//pp style="text-align: center "img width="376" height="282" title="原理图2.jpg" style="width: 376px height: 282px " alt="原理图2.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/7869713a-f162-47a7-8b41-8895f80bda80.jpg"/br//pp style="text-align: center "strong流式细胞仪检测原理（源于网络）/strong/pp style="text-align: justify "　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong仪器信息网：您认为流式细胞仪的中国市场与全球市场有哪些不同?/strong/span/pp style="text-align: justify "　　strong董峰博士：/strongstrong第一、起步时间不同/strong/pp style="text-align: justify "　　我国医疗器械行业起步晚，与国际医疗器械巨头仍存在着不小的差距，特别是高端医疗设备，仍然由跨国企业主导。流式细胞仪的发展也不例外。/pp style="text-align: justify "　　早在1953年，贝克曼库尔特就推出了世界上第一台流式细胞仪 1973年，BD公司与美国斯坦福大学合作，推出了世界上第一台商用流式细胞仪FACSⅠ /pp style="text-align: justify "　　相比之下，国内流式细胞仪的起步较晚，1979年，北京师范大学才引进了中国第一台流式细胞仪(FACS Ⅲ)。/pp style="text-align: justify "　　在之后的几十年中，我国不断在医疗诊断行业增大资金投资和政策扶持力度。虽然进口流式细胞仪，仍占据着国内大部分市场，但现在已有不少国内企业推出了流式细胞仪，经过技术的不断创新，国产的流式细胞仪已初步具备了与进口产品相竞争的能力。/pp style="text-align: justify "　　strong第二、产品需求不同/strong/pp style="text-align: justify "　　欧美等发达国家的医疗器械行业整体起步较早，经过多年的发展，对产品的技术水平和质量要求相对较高，现阶段以产品升级换代需求为主，所以对流式细胞仪的功能化要求会越来越高。而我国因起步晚，尚处于发展阶段，市场普及需求和升级换代需求并存，整体市场增速较快，流式细胞仪市场需求差异化会更加明显。/pp style="text-align: justify "　　strong第三、发展速度不同/strong/pp style="text-align: justify "　　从医疗器械行业整体来看，随着我国政策向好及资金扶持，我国医疗器械的市场规模增长速度明显要高于全球增速，我国医疗器械占全球的比重也逐年不断上升。据中国产业研究网统计，国内流式细胞仪市场的年复合增长率也高于全球增速。可以预见，我国医疗器械市场还有巨大的成长空间。/pp style="text-align: justify "　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong仪器信息网：请您谈谈流式细胞仪在中国的市场前景以及未来机遇。/strong/span/pp style="text-align: justify "strong　　董峰博士：/strong随着我国居民消费能力和消费观念的改变，居民的预防保健意识越来越强。与此同时，人口老龄化不断加剧，肿瘤、心血管病、糖尿病等疾病发病率也逐年攀升，刺激医院对医疗设备的需求快速增长。随着国家持续推动分级诊疗，优化医疗资源配置，县级和基层医疗机构得到政策和资金支持，对医疗设备的需求将大幅度增加。/pp style="text-align: justify "　　流式细胞仪，因具有灵敏度高、重复性好、特异性强、方法灵活、分析速度快等优点，且随着流式细胞仪及其检测技术的日臻完善，目前已普遍应用于免疫学、血液学、肿瘤学等临床医学和基础研究领域。未来流式细胞仪的市场发展空间极为广阔。/pp style="text-align: justify "　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong仪器信息网：目前流式细胞仪市场是被巨头“垄断”的状态，国产流式细胞仪的市场机会在哪里?如何在该市场中进行有效竞争?/strong/span/pp style="text-align: justify "　　strong董峰博士：/strong目前国内的流式细胞仪市场仍然由跨国企业在主导。特别是BD(Becton Dickinson)和BC(Beckman Coulter)两家大公司。而国产的流式细胞仪仍然在获得市场认可的过程中。/pp style="text-align: justify "　　但是，我们也要看到，昂贵的进口医疗设备也是推高医疗费用的主要原因。所以随着医疗体制改革，政府开始逐渐控制医疗诊断费用 随着分级诊疗制度的不断推进，基层医院的地位越来越重要，而我国大部分基层医院预算有限 企业通过自主创新，技术水平不断提高，逐步实现产品智能化，促进流式细胞仪在临床上的广泛应用，国产流式细胞仪将会获得更多的市场机会 /pp style="text-align: justify "　　近年来，国产品牌凭借价格优势和政策支持获得了较高的二级及以下基层医疗机构市场份额，但主要集中于低值耗材和低端诊疗设备。而三级医院的医疗设备仍然以进口仪器为主。主要原因就在于国产医疗设备核心技术缺乏、品牌推广不力和售后服务欠佳。三方面因素环环相扣，最终导致了医院和患者对国产医疗设备的不信任。所以，国产企业需要不断增加企业研发投入比重，提升产品的质量和功能，使产品更符合临床的实际需求 不断增加品牌推广力度 通过创建专业的售后服务团队，提升售后服务能力，解决客户后顾之忧。才能在“潜力无限”的医疗器械市场中占一席之地。/pp style="text-align: justify "　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong仪器信息网：贵公司的流式细胞仪技术特点是什么?看好的细分市场领域哪些?/strong/span/pp style="text-align: justify "strong　　董峰博士：/strong为了打破我国高端医疗器械市场所谓的“洋垄断”现象，我们推出了这款拥有完全自主知识产权的小型化全自动流式细胞仪—ZS-AE7S。采用单激光5荧光通道的设计，可以满足临床90%的流式项目检测。各种技术参数都符合最新版本的流式细胞仪行业标准要求。ZS-AE7S流式细胞仪采用双侧荧光信号收集结构设计，有效提高荧光信号的灵敏度 采用新型的APD探测器替代传统的PMT探测器，荧光线性得到了很大提升 拥有高达107的动态显示范围，避免了繁琐的电压调节步骤 拥有可视化的荧光补偿工具，支持自动在线补偿，离线补偿，方便初学者上手，缩短数据分析时间 支持项目模板功能，一键调用采集和分析条件，自动获得报告结果，促进流式细胞术在临床的推广。/pp style="text-align: justify "　　肿瘤相关疾病诊断是流式细胞仪在临床医学中应用最早的领域。细胞DNA含量直接代表了倍体状态，流式细胞仪可以对肿瘤细胞的DNA含量进行分析，从而判断肿瘤的恶性程度。流式细胞仪在癌前病变的早期检测、肿瘤的诊断、治疗和预后判断等领域都发挥了重要作用。我国癌症患者基数大，据报道，2018年新发癌症病例429万例，平均每天有1万病人被诊断为癌症病人，流式细胞仪在肿瘤领域应用潜力巨大。所以，我们非常看好流式细胞仪在这个方向的应用。/pp style="text-align: center "img width="324" height="278" title="377800ced5dc48a79c619c462dd5ece6.jpg" style="width: 324px height: 278px " alt="377800ced5dc48a79c619c462dd5ece6.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/e93e97c2-d8b7-4660-bc6e-9b6ab4d43be9.jpg"//pp style="text-align: center "strong中生医疗ZS-AE7S流式细胞仪/strong/pp style="text-align: justify "　　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong仪器信息网：请介绍贵公司流式细胞仪技术的发展历史?/strong/span/pp style="text-align: justify "　　strong董峰博士：/strong中生(苏州)医疗科技有限公司作为上市公司—中生北控生物科技股份有限公司的控股子公司，拥有着一脉相承的创新血统。为了打破我国高端医疗器械市场长期被跨国企业垄断的局面，中生苏州管理层经过研究后，决定将公司的发展重心转移到高端医疗设备的研发和生产。针对流式细胞仪在医疗卫生、科研应用中的重要作用，在国家“十二五”863计划中，提出了自主知识产权的医用新型流式细胞仪研制指南，将流式细胞仪的国产化提升到了国家战略高度。因此，中生苏州对医用新型流式细胞仪进行了立项。经过核心团队不懈的努力，突破一系列技术难关，终于在2018年推出了这款小型化全自动的流式细胞仪，并获得了药监局颁布的医疗器械注册证。同年，这款流式细胞仪获批苏州市年度重大科技创新成果转化项目，另外，在中国医疗器械行业协会举办的“创之星”评比活动中，获得了“年度体外诊断优秀创新产品”的荣誉称号，创新成果得到了政府和业界的认可，推动了我国高端医疗设备的发展。/pp style="text-align: justify "span style="text-decoration: underline " /spanbr//pp style="text-align: center "span style="text-decoration: none "strong仪器信息网生命科学官微“span style="color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: none "3i生仪社/span”上线啦!关注了解更多生命科学干货资讯！/strong/span/pp style="text-align: center "img title="qrcode_for_gh_91d290758d40_258.jpg" alt="qrcode_for_gh_91d290758d40_258.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/2f13baa4-2eed-4ed5-abbe-6c9f441528a5.jpg"//p