医疗产品工业设计,谈流式细胞仪的发展趋势

2020-10-14

流式细胞仪是一项集激光技术,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。从二十世纪八十年代至今,世界上生产流式细胞仪的厂家几经变迁,BC & BD仍在,新玩家不断进入,并购重组各取所需,它们生产各种不同性能和功能的流式细胞仪。总体而言,呈现出以下的发展趋势:

 

1、应用对象从细胞到颗粒

 

一般而言,流式细胞仪检测的对象是细胞,而且是呈独立状态的悬浮于液体中的细胞,即单细胞悬液。组织和器官中的细胞,必须用各种方法制备成单细胞悬液,才能进行检测。细菌、浮游生物等也可以用流式细胞仪分析。一些不是细胞的单个粒子,如病毒、细胞核、染色体、原生质体等也是流式细胞仪的检测对象。实际上,用“颗粒”而不仅仅是“细胞”来定义流式细胞仪的检测对象,显然更有代表意义。因为流式细胞仪可以将“颗粒”视同为“细胞”来进行检测,在特制的微球上包被抗原,抗体或核酸探针,以微球为载体来检测各种可溶性蛋白、细胞因子、自身抗体、特定的核酸序列等,从而使流式细胞仪的检测对象扩展到分子范围。

 

2、 检测颗粒尺度大大拓宽

 

常规流式细胞仪检测颗粒的范围为0.5-50μm。电荷分选流式细胞仪检测颗粒范围与喷嘴直径等相关,最大应到喷嘴直径的1/3-1/2,目前最大直径的喷嘴为200μm。通过光路优化,采用多角度光散射,使用特殊荧光探针,甚至加装紫色激光收集散射光信号,有些流式细胞仪可以实现0.2μm颗粒与噪音信号的鉴别。Apogee着力于微颗粒分析,其A50-Micro plus散射光的检测低限至80nm,可用于循环微粒,外泌体及特殊微生物检测。

 

 

3、多种流路技术商品化

 

绝大多数流式细胞仪基于鞘液流体动力学模式。因为负压进样省去了庞大的压缩气源,可以灵活使用各种上样管,已经成为几乎所有公司新仪器的选择。一般认为,流式细胞仪采用毛细管而非鞘液,容易被大的细胞或聚集细胞所阻塞,而且流动细胞难以准确聚焦,流速难以维持恒定。Guava平台easyCyte通过负压进样,采用高压注射泵与PEEK管路,建立自稳流的微毛细管系统,据称解决了以上困扰,带来的好处是无需鞘液,产生废液也少。

 

 

4、从相对计数到直接绝对计数

 

为满足统计学要求,流式细胞仪必须采集一定数量的细胞,仪器设定以细胞数为停止条件。传统流式细胞仪测试结果为相对计数,即目标细胞在某一总体系中的比值。随着应用深入,人们发现比值的变或者不变,以及变化大小不能反映细胞的真实变化,绝对计数,即单位体积内的细胞数被证明更具实际价值。最早是采用双平台法来解决以上问题,即用血细胞分析仪来获得白细胞,淋巴细胞等浓度,再结合流式细胞仪测定的百分比来计算被测细胞的绝对计数值。由于该法需要使用两种仪器,操作步骤多、变异系数大,不同实验室之间的差异也较大,因此应用受到限制。后来人们采用微球法,即用已知浓度的微球作为参比,通过被测细胞和微球的比例关系来进行绝对计数,但因计数微球价格较为昂贵,实际应用受到限制。近年来,厂家的共识回到了测定进样体积这一思路上来,替代微球法直接进行绝对计数,取得更为精确的结果。区别在于不同产品具体测定技术的差别。

 

5、以多色分析为核心的新型光学技术的迅速发展

 

早期流式细胞仪的主要应用还是细胞DNA含量测定,这一技术对设备要求不高,通常配备一个散射光和一个荧光信号的流式细胞仪就足以应付。随着新型荧光探针的不断开发和仪器软、硬件的逐步更新,流式细胞仪多色荧光分析得到了迅速发展,包括两个方面:

 

单激光多色,如488nm激光同时激发7色,紫色激光同时激发10色……多激光:如10激光机器。也包括两种新的光学设计机型:光谱流式,利用特殊的接受装置收集某范围内的全发射光谱,无需补偿,区别发射光谱重合度高的荧光染料对。

 

6、数据处理能力不断提升

 

随着数字化技术的引入,以及数据处理系统的升级,流式细胞仪的数据处理能力得到极大提升。数据处理速度:反映数据扫描频率,用Hz表示。处理精度:信号采集精度,用比特表示,反映采集通道多少。目前仪器一般在20比特(2的20次方,100万通道)以上,最高达32比特(43亿通道)。线性范围:目前一般在105以上,最高到107。单文件存储能力:反映文件储存能力,对稀有细胞分析有利。

 

7、 仪器不断小型化到微流控

 

追求小型化,几乎是所有流式制造商开发新产品的共识。“小”意味着节省空间,容易安装和转移,“小”更值得期许的是减少样本体积,降低试剂消耗,提高检测速度,以及缩小空间所带来的光电及液路的改善。微流控技术兴起于上世纪90年代,顾名思义就是使用微通道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体。

 

8、融合显微成像技术和流式细胞术

 

细胞生物学两大技术平台分别基于显微镜和流式,前者以形态分析为优,可提供详细的细胞图像信息,但解释主观、费时费力;后者以统计学见长,却缺乏成像能力,因此无法了解亚细胞定位。

 

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