流式细胞仪分析讲课课件.pptx
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- 细胞 分析 讲课 课件
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1、2023-2-141 流式细胞术(流式细胞术(FCM)是是以流式细胞仪为检测手段的一项以流式细胞仪为检测手段的一项能快速、精确的对能快速、精确的对单个细胞单个细胞理化理化特性进行多参数定量分析和分选特性进行多参数定量分析和分选的新技术。的新技术。(图(图1、2、3)2023-2-142第一节第一节 流式细胞仪的分析及流式细胞仪的分析及 分选原理分选原理 流式细胞仪由液流系统、光学与信号转流式细胞仪由液流系统、光学与信号转换测试系统和信号处理及放大的计算机系统换测试系统和信号处理及放大的计算机系统三大基本结构组成。三大基本结构组成。流式细胞术所具有的分析和分选功能主流式细胞术所具有的分析和分选功
2、能主要涉及光学原理、光电转换原理和测试原理要涉及光学原理、光电转换原理和测试原理三部分。三部分。2023-2-143一、工作原理一、工作原理 基本组成结构基本组成结构1、液流系统:由样本和鞘液组成。、液流系统:由样本和鞘液组成。样本:待测细胞被制备成单个细胞样本:待测细胞被制备成单个细胞的悬液后经荧光染料标记的单克隆的悬液后经荧光染料标记的单克隆抗体染色;抗体染色;鞘液:是辅助样本流被正常检测的鞘液:是辅助样本流被正常检测的基质液。作用基质液。作用(图(图4)4、荧光标记抗体特异性结合方式:荧光分子与单克隆抗体的F(ab)2片段氨基发生化学反应而形成荧光标记基团。与被分选细胞与其他细胞有无相互
3、重叠相关,还与纯度有关,纯度收获率。图8 4色荧光峰形线图掌握:流式细胞仪的工作原理;线性放大器用于测量信号强度变化范围较少或代表生物学线性过程的信号。标志了特异性荧光染料的单细胞悬液经喷嘴高速射下,与水平方向的高度聚焦的激光束垂直相交,单个细胞上标记的荧光染料在通过激光光斑时被激发而产生特异性荧光,同时,由于混合细胞群中细胞大小和胞内颗粒的多少会被激发而产生不同的散射光。直接免疫荧光染色法第一节 流式细胞仪的分析及 分选原理二、免疫分析中常用的 荧光染料与标记染色 常用的荧光染料2、细胞膜、胞质、胞核着色图2 流式细胞仪1、同型对照:为免疫荧光标记中的阴性对照。与分选速度相关,分选速度分选得
4、率。4、荧光标记抗体特异性结合方式:荧光分子与单克隆抗体的F(ab)2片段氨基发生化学反应而形成荧光标记基团。图14 液滴形成过程2023-2-1442、光学系统:由激光光源、分光镜、光束成、光学系统:由激光光源、分光镜、光束成形器、透镜组和光电倍增管组成。形器、透镜组和光电倍增管组成。激光光源:多为气冷式氩离子激光器,激光光源:多为气冷式氩离子激光器,其激光束波长为其激光束波长为488nm,15mW。分色反光镜:反射较长波长的光,通过分色反光镜:反射较长波长的光,通过较短波长的光。较短波长的光。光束成形器:将激光器发射的激光束聚光束成形器:将激光器发射的激光束聚焦成高焦成高15m、宽宽57m
5、的椭圆光斑。的椭圆光斑。2023-2-145 透镜组:将激光和荧光变成平行光,同透镜组:将激光和荧光变成平行光,同时除去离散的室内光。时除去离散的室内光。滤片:长通滤片一允许长于设定波长的滤片:长通滤片一允许长于设定波长的光通过;短通滤片一允许短于设定波长的光光通过;短通滤片一允许短于设定波长的光通过;带通滤片一允许一定带宽波长的光通通过;带通滤片一允许一定带宽波长的光通过,其他波长的光不能通过。过,其他波长的光不能通过。光电倍增管光电倍增管:检测荧光和散射光,同时检测荧光和散射光,同时将光学信号转换成电脉冲(数字数据)信号。将光学信号转换成电脉冲(数字数据)信号。(图(图13)2023-2-
6、1463、数据处理系统:、数据处理系统:主要由计算机及其软件组成。主要由计算机及其软件组成。2023-2-147 基本工作原理基本工作原理 标志了特异性荧光染料的单细胞悬液标志了特异性荧光染料的单细胞悬液经喷嘴高速射下,与水平方向的高度聚焦经喷嘴高速射下,与水平方向的高度聚焦的激光束垂直相交,单个细胞上标记的荧的激光束垂直相交,单个细胞上标记的荧光染料在通过激光光斑时被激发而产生特光染料在通过激光光斑时被激发而产生特异性荧光,同时,由于混合细胞群中细胞异性荧光,同时,由于混合细胞群中细胞大小和胞内颗粒的多少会被激发而产生不大小和胞内颗粒的多少会被激发而产生不同的散射光。在入射光束与液柱垂直的方
7、同的散射光。在入射光束与液柱垂直的方向有荧光检测系统和散射光感受系统,用向有荧光检测系统和散射光感受系统,用于收集荧光信号和侧向散射光信号,前向于收集荧光信号和侧向散射光信号,前向散射光感受器在前向小角探测接受前向光散射光感受器在前向小角探测接受前向光信号。信号。2023-2-148被接收的光电信号被光电倍增管转换成电被接收的光电信号被光电倍增管转换成电压脉冲和积分脉冲,使信号放大,该信号压脉冲和积分脉冲,使信号放大,该信号进入计算机系统进行数据转换、储存、分进入计算机系统进行数据转换、储存、分析、处理,按不同的检测设计采用相应软析、处理,按不同的检测设计采用相应软件程序对结果进行综合分析,并
8、以图像和件程序对结果进行综合分析,并以图像和数据显示于荧光屏上。数据显示于荧光屏上。流式细胞仪产生分析的电信号主要是流式细胞仪产生分析的电信号主要是光散射信号光散射信号和和荧光信号荧光信号,流式细胞仪依据,流式细胞仪依据细胞流经光照射区时细胞流经光照射区时电压讯号电压讯号的强弱来分的强弱来分析和分选细胞。析和分选细胞。(图(图5)(图)(图10)2023-2-149二、散射光的测定二、散射光的测定 细胞对光的散射是细胞在未遭细胞对光的散射是细胞在未遭受任何破坏情况下固有的特性。受任何破坏情况下固有的特性。2023-2-1410 前向散射光(前向散射光(FS)由激光束前方的由激光束前方的FS检测
9、器收集,检测器收集,FS信信号的强弱与细胞的体积大小成正比,用于号的强弱与细胞的体积大小成正比,用于检测细胞或其他粒子物质的检测细胞或其他粒子物质的表面属性表面属性。(图(图11)(图(图6)2023-2-1411 侧向散射光(侧向散射光(SS)由激光束垂直方向的侧向检测器收由激光束垂直方向的侧向检测器收集,集,SS信号的强弱与细胞或其他颗粒的信号的强弱与细胞或其他颗粒的大小。形状及粒度成正比。大小。形状及粒度成正比。SS用于检测用于检测细胞细胞内部结构属性内部结构属性,可获得有关细胞内,可获得有关细胞内超微结构和颗粒性质的参数。超微结构和颗粒性质的参数。(图(图12)(图(图7)2023-2
10、-1412三、荧光测量三、荧光测量 荧光信号由被检细胞上标记的特异荧光信号由被检细胞上标记的特异性荧光染料受激光激发后产生,每种荧性荧光染料受激光激发后产生,每种荧光染料都有特定的激发波长,激发后又光染料都有特定的激发波长,激发后又会产生特定波长荧光和颜色,通过滤光会产生特定波长荧光和颜色,通过滤光片,将不同波长的散射光,荧光信号区片,将不同波长的散射光,荧光信号区分并送到不同的光电倍增管,经过一系分并送到不同的光电倍增管,经过一系列信号转换、放大、数字化处理,就可列信号转换、放大、数字化处理,就可以在计算机上直观地统计染上各种荧光以在计算机上直观地统计染上各种荧光染料的细胞百分率。染料的细胞
11、百分率。2023-2-1413 选择不同的单克隆抗体及荧选择不同的单克隆抗体及荧光染料就可以利用流式细胞仪同光染料就可以利用流式细胞仪同时测定一个细胞上的多个不同特时测定一个细胞上的多个不同特征。征。流式细胞仪的检测原理中最流式细胞仪的检测原理中最重要的一点就是检测荧光的特定重要的一点就是检测荧光的特定发射波长。发射波长。2023-2-1414 光信号测量光信号测量 线性放大器用于测量信号强度变化范围线性放大器用于测量信号强度变化范围较少或代表生物学线性过程的信号。较少或代表生物学线性过程的信号。对数放大器用于测量信号强度变化范围对数放大器用于测量信号强度变化范围大且光谱信号较复杂的信号。大且
12、光谱信号较复杂的信号。(图(图13)流式细胞仪中最常用于单抗标记的荧光流式细胞仪中最常用于单抗标记的荧光染料是染料是FITC、PE、ECD或或PeCy5。三、淋巴造血系统分化抗原及白血病免疫分型 直接免疫荧光染色法五、在AIDS病检测中的分析 分色反光镜:反射较长波长的光,通过较短波长的光。图7 侧向散射光示意图1、有较高的量子产额和消光系数;光电倍增管:检测荧光和散射光,同时将光学信号转换成电脉冲(数字数据)信号。3、藻胆蛋白类:发橙色至红色荧光,最常用的是藻红蛋白(PE)。1、分选速度:至少5000个/秒,与分选细胞在悬液中的含量有关。常用方法有机械法、酶处理法、化学试剂处理法和表面活性剂
13、处理法。SS用于检测细胞内部结构属性,可获得有关细胞内超微结构和颗粒性质的参数。3、荧光染料浓度的控制当细胞悬液形成液流柱经流动室,通过机械振动使液流柱断裂成一连串均匀的液滴,当实验设计中设定了被分选细胞的特性参数时,此类细胞在形成液滴时会被充电,使其带有正电荷或负电荷,带电荷的液滴在落入电极偏转板的高压静电场,依所带电荷是正或是负而发生向右或向左道偏转,落人指定的收集器中,完成细胞分选的目的。带通滤片一允许一定带宽波长的光通过,其他波长的光不能通过。1、异硫氰酸荧光素(FITC):最常用,发亮绿色荧光,但发射荧光强度易受PH值影响。2023-2-1415 荧光补偿荧光补偿(图(图8)通常用荧
14、光补偿的方法来消除通常用荧光补偿的方法来消除重叠信号,保证检测信号的正确性。重叠信号,保证检测信号的正确性。2023-2-1416四、细胞分选原理四、细胞分选原理 基本原理基本原理 当细胞悬液形成液流柱经流动室,通过当细胞悬液形成液流柱经流动室,通过机械振动使液流柱断裂成一连串均匀的液滴,机械振动使液流柱断裂成一连串均匀的液滴,当实验设计中设定了被分选细胞的特性参数当实验设计中设定了被分选细胞的特性参数时,此类细胞在形成液滴时会被充电,使其时,此类细胞在形成液滴时会被充电,使其带有正电荷或负电荷,带电荷的液滴在落入带有正电荷或负电荷,带电荷的液滴在落入电极偏转板的高压静电场,依所带电荷是正电极
15、偏转板的高压静电场,依所带电荷是正或是负而发生向右或向左道偏转,落人指定或是负而发生向右或向左道偏转,落人指定的收集器中,完成细胞分选的目的。的收集器中,完成细胞分选的目的。(图(图14)(图(图9)2023-2-1417 技术要求技术要求1、分选速度:至少、分选速度:至少5000个个/秒,秒,与分选细胞在悬液中的含量有关。与分选细胞在悬液中的含量有关。2、分选纯度:除与仪器的精密度、分选纯度:除与仪器的精密度相关外,还与被分选细胞与其他相关外,还与被分选细胞与其他细胞有无相互重叠相关。细胞有无相互重叠相关。2023-2-14183、分选收获率:指设定通过测量点的分、分选收获率:指设定通过测量
16、点的分选细胞与实际收获的分选细胞之间的比选细胞与实际收获的分选细胞之间的比率。与被分选细胞与其他细胞有无相互率。与被分选细胞与其他细胞有无相互重叠相关,还与纯度有关,纯度重叠相关,还与纯度有关,纯度收获收获率率。4、分选得率:是指从一群体细胞悬液中、分选得率:是指从一群体细胞悬液中分辨出的目的细胞总量,再经分选后获分辨出的目的细胞总量,再经分选后获得的目的细胞实际比率。与分选速度相得的目的细胞实际比率。与分选速度相关,分选速度关,分选速度分选得率分选得率。图2 流式细胞仪流式细胞仪产生分析的电信号主要是光散射信号和荧光信号,流式细胞仪依据细胞流经光照射区时电压讯号的强弱来分析和分选细胞。2、细
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