流式细胞仪基本原理,技术要点及应用
流式细胞术之基本原理及运用
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1.3 流式细胞术光信号检测
光信号的类型 • 散射光信号：与标记荧光素无关，
是细胞的固有参数。 – 前向散射光(forward scatter, FSC); – 侧向散射光(side scatter, SSC).
• 荧光信号
– 自发荧光 ：微弱 – 特异荧光：标记的荧光素分子发出 的荧光，比自发荧光强很多倍。
FITC、Alexa Fluor 488 PE PI PE-Cy5、PerCP APC、AF647
FL3
FL4 640 FL10
• 多色标记荧光素搭配原则：每个通道只能选择一种荧光素； 各个通道之间的荧光素可以随意搭配。
B 根据抗原表达强弱合理选择 抗体
• 不同的荧光素强度有所不同； • 高表达的抗原可用不太“亮” 的染料，更“亮”的荧光素分 配给表达低的抗原：
流式细胞仪的发展及商品化
• • • • • • • • 1934 Moldavanl: First try (固定式细胞分析-流动式)； 1953 Crosland-Taylor: 鞘流系统(解决难题)； 1956 Coulter原理(血细胞计数器)； 1965 Kamentsky: 分光光度计定量细胞成分和散射光应用； 1967 Kamentsky等设计了细胞分选的装置； 1969 Vandilla等: 第一台荧光检测细胞计(鞘流聚焦、激光)； 1972 斯坦福大学: 研制出荧光激活细胞分选仪(FACS)； 1973 BD公司与斯坦福大学合作，研制生产第一台商用流 式细胞仪-FACS Ⅰ。 • 1975 Kohler和Milstein: 单克隆抗体技术(促进流式发展)。
• 光路系统
– 激发光源 – 光束收集系统
• 电子系统
– 光电转换器 – 数据处理系统
流式细胞仪的应用及工作原理
流式细胞仪的应用及工作原理流式细胞仪的应用流式细胞仪在医学应用特别广泛，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，所以在医同学的应用特别的多。
下面介绍一下流式细胞仪的实在应用：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广泛检测项目。
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，所以现有很讨论评价异倍体细胞与肿瘤恶性度及其预后的关系。
DNA含量检测还可供应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，这样在细胞混合培育中，可通常追踪表达特异标志物的细胞显示其生长周期情况。
全部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、细胞生存本领试验使用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、粒细胞毒试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侧紧要临床意义，由于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削减症、输血后紫癜、难治性血小板削减。
流式细胞仪的原理和应用
流式细胞仪的原理和应用1. 引言流式细胞仪是一种常用于细胞分析和分选的实验室仪器。
它通过光学技术和流体力学原理，能够快速、准确地测量和分析细胞的各种参数。
本文将介绍流式细胞仪的原理和应用。
2. 原理流式细胞仪的工作原理主要包括以下几个部分：2.1 光学系统流式细胞仪通过激光束照射待测细胞，细胞内的荧光标记物被激发后会发出特定波长的荧光信号。
光学系统通过透镜、滤光片和光散射装置等光学元件，将细胞的荧光信号收集并转换为电信号。
2.2 流体力学系统流式细胞仪通过一个微细管道使细胞以单个细胞为单位通过检测区域。
流体力学系统通过控制细胞的流速和方向，确保细胞以适当的速度和位置通过激光束照射点，以确保准确的测量结果。
2.3 信号处理系统流式细胞仪的信号处理系统主要由放大器、模数转换器和计算机组成。
放大器将收集到的电信号放大到适当的范围，并将其转换为数字信号。
模数转换器将数字信号转换为计算机可以处理的数据，计算机则对这些数据进行分析和图像处理。
3. 应用流式细胞仪广泛应用于生物医学领域，常用于以下几个方面：3.1 免疫表型分析流式细胞仪可以通过检测细胞表面的特定标记物，如细胞膜上的抗原或细胞内的特定蛋白，来对细胞进行免疫表型分析。
这对于研究免疫系统、识别疾病标记物以及血液分析等应用具有重要意义。
3.2 细胞周期和凋亡分析流式细胞仪可以通过检测DNA含量的变化来研究细胞的分裂周期和凋亡过程。
这对于了解细胞生命周期、细胞增殖以及细胞死亡机制等方面的研究非常有帮助。
3.3 细胞分选与单细胞分析流式细胞仪还可以根据细胞的荧光信号和其他参数，对细胞进行分选。
通过设定合适的阈值，可以分别收集到不同亚群的细胞，从而进行后续的单细胞分析和研究。
3.4 体外受精和胚胎筛选流式细胞仪可以对体外受精过程中的精子和卵子进行分析和筛选，从而提高体外受精的成功率。
此外，对于胚胎的筛选和评估也可以使用流式细胞仪进行。
3.5 微生物学研究流式细胞仪对微生物的研究也具有重要意义。
流式细胞仪的原理和用途
流式细胞仪(FloｗCytometｒｙ)1 流式细胞仪得概念及其发展历史1。
1 流式细胞仪得基本概念流式细胞仪（flｏw cｙtｏnleｔｒy,FＣM)就是对高速直线流动得细胞或生物微粒进行快速定量测定与分析得仪器，主要包括样品得液流技术、细胞得计数与分选技术,计算机对数据得采集与分析技术等。
流式细胞仪以流式细胞术为理论基础，就是流体力学、激光技术、电子工程学、分子免疫学、细胞荧光化学与计算机等学科知识综合运用得结晶。
流式细胞术就是一种自动分析与分选细胞或亚细胞得技术。
其特点就是:测量速度快、被测群体大、可进行多参数测量,即对同一个细胞做有关物理、生物化学特性得多参数测量,且在统计学上有效。
１。
2 流式细胞仪得发展简史最早得流式细胞仪雏形诞生于19３４年，Moｌｄavan提出使悬浮得单个血红细胞流过玻璃毛细管,在亮视野下用显微镜进行计数,并用光电记录装置测量得设想。
1953年Crosｌand-Tayｌor根据牛顿流体在圆形管中流动规律设计了流动室。
其后又经过Ｃｏulteｒ、Parｋer ＆ Hoｒst、Kａmentsky、Ｇohde、Fulｗyｌeｒ、Herｚｅｎberｇ等人得不断改进,设计了光电检测设备与细胞分选装置、完成了计算机与流式细胞仪得物理连接及多参数数据得记录与分析、开创了细胞得免疫荧光染色及检测技术、推广流式细胞仪在临床上得应用。
近２0年来,随着流式细胞仪及其检测技术得日臻完善,人们越来越致力于样品制备、细胞标记、软件开发等方面得工作,以扩大FＣＭ得应用领域与使用效果。
宋平根得《流式细胞术得原理与应用》就是迄今为止对流式细胞仪及其技术阐述得最为详尽与透彻得中文著作.这本书非常详细地介绍了流式细胞术得历史、结构、原理、技术指标等,例举了其在医学与生物工程中得应用,非常适合从事此方面专业研究得人。
由于这本书就是13年前出版得，所以基本上没有涉及植物流式细胞仪检测技术。
此外对于只需要对流式细胞仪有些基本认识得人士来说,这本书太复杂太深奥。
简述流式细胞术的原理与应用
简述流式细胞术的原理与应用一、流式细胞术的原理介绍流式细胞术（Flow cytometry）是一种利用流式细胞术仪（Flow cytometer）对单个活细胞进行多参数分析的技术。
它基于细胞的光学性质和生物化学特性，通过探针标记、荧光染料和细胞表面抗原的相互作用，对细胞进行高速连续检测和分离。
流式细胞术的原理如下：1.细胞悬浮和样本处理：将细胞样品作为悬浮液，通过离心等方法将细胞分散在液体中，去除细胞的团块和碎片，保证单个细胞的流式检测。
2.细胞标记：采用流式细胞术特定的探针和染料对细胞进行标记，以便后续检测和分析。
常用的标记方法包括荧光染料标记、抗体标记和细胞分子探针标记。
3.细胞分离和传送：将标记的细胞悬浮液通过流式细胞术仪，以流速每秒数千个细胞的速度单个分子传送到探测点。
4.光散射与荧光探测：细胞经过流式细胞术仪后，以激光束照射细胞，通过散射光和荧光信号的检测，对细胞进行空间分布和化学信息的获得。
5.数据采集与分析：通过计算机系统采集和记录细胞经过流式细胞术仪后所产生的光散射和荧光信号，在分析软件中对数据进行处理和解读，获得有关细胞的信息。
二、流式细胞术的应用流式细胞术是一种广泛应用于生物医学研究和临床诊断的技术，它在细胞学、免疫学、血液学、肿瘤学等领域有着重要的应用价值。
下面列举几个流式细胞术的应用示例：1.血液学研究：流式细胞术结合细胞表面标记和荧光染料标记，可以对血液中的不同细胞类型进行快速的鉴定和数量分析。
例如，通过流式细胞术可对血液中的淋巴细胞、单核细胞和粒细胞等进行分类和计数，从而判断患者的免疫状态和疾病进展。
2.癌症诊断与治疗：流式细胞术对肿瘤细胞的检测和分析有着重要的作用。
通过流式细胞术，可以检测和定量肿瘤细胞的表面抗原和细胞内信号分子，进一步了解肿瘤细胞的类型、分化程度和增殖状态，为癌症的诊断和治疗提供指导。
3.免疫学研究：流式细胞术能够对免疫系统中的各种细胞类型进行鉴定、计数和功能分析。
流式细胞术基本原理与实用技术
流式细胞术基本原理与实用技术流式细胞术（Flow Cytometry）是一种常用的细胞分析技术，它基于光学、电子和计算机技术，能够对单个细胞进行快速、准确的多参数分析。
本文将介绍流式细胞术的基本原理和实用技术。
一、基本原理流式细胞术的基本原理是利用细胞在液体中悬浮的特性，在流动状态下通过一个细胞计数器，同时对细胞进行多参数的检测和分析。
其主要包括以下几个步骤：1. 细胞样品的制备：将待检测的细胞样品进行预处理，如离心、洗涤等，以获得单细胞悬浮液。
2. 细胞的进样：将细胞悬浮液通过微细管道进入流式细胞仪的流动系统中，形成单细胞的液体流。
3. 细胞的定位和聚焦：利用激光束对细胞进行定位和聚焦，使其逐个通过探测区域。
4. 细胞的激发和发射：通过激光束的照射，激发细胞中的荧光染料或标记物，使其发射特定波长的荧光信号。
5. 光信号的收集和处理：收集细胞发射的荧光信号，并经过光学系统进行分光、分束、分光和聚焦，最后通过光电倍增管或光电二极管转换为电信号。
6. 数据的获取和分析：将电信号转化为数字信号，并通过计算机系统进行数据采集、存储和分析，得到细胞的各项参数及相关统计学分析。
二、实用技术1. 细胞标记技术：为了能够准确地检测和分析细胞的特定性质，常常需要对细胞进行特异性的染色或标记。
常用的标记方法包括荧光染料、抗体标记和基因表达标记等。
2. 多参数分析技术：流式细胞术可以同时检测多个参数，如细胞大小、形态、表面标记物的表达、细胞周期等。
通过合理选择和配置荧光染料和滤光片组合，可以实现多重标记和多参数分析。
3. 数据分析软件：流式细胞术产生的数据量庞大，需要借助计算机软件进行数据的分析和解读。
常用的数据分析软件有FlowJo、CellQuest、ModFit等，它们可以对细胞的分布、比例、相关性等进行统计学分析和图形展示。
4. 高通量流式技术：随着科学研究的深入和技术的发展，高通量流式技术逐渐兴起。
它通过提高仪器的样品处理速度和自动化程度，实现对大量样品的快速检测和分析，广泛应用于生物医学研究和临床诊断。
流式细胞仪分析技术及应用
流式细胞仪分析技术及应用流式细胞术（FCM）是以流式细胞仪为检测手段的一项能快速、精确的对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术。
流式细胞仪的发展综合了激光技术、计算机技术、显微荧光光度测定技术、流体喷射技术、分子生物学和免疫学等多门学科的知识。
概述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三大基本结构组成，可对细胞悬液中的单个细胞或特定细胞或其超微结构进行多参数快速分析。
一、工作原理（了解）基本组成结构1.液流系统由样本和鞘液组成。
待测细胞被制备成单个细胞的悬液，经荧光染料标记的单克隆抗体染色后置入样品管中，在清洁气体压力下进入流动室形成样本流；鞘液是辅助样本流被正常检测的基质液，其主要的作用是包裹在样本流的周围，使其保持处于喷嘴中心位置以保证检测的精确性，同时又防止样本流中细胞靠近喷孔壁而堵塞喷孔。
2.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。
（1）激光光源：现代流式细胞仪采用的多为气冷式氢离子激光器，常用激光束波长为488nm，15mW。
（2）分光镜：作用是反射较长波长的光，通过较短波长的光。
（3）光束成形器：由两个十字交叉放置的圆柱形透镜组成。
（4）透镜组：有3个透镜，作用是将激光和荧光变成平行光，同时除去离散的室内光。
（5）滤片：长通滤片，允许长于设定波长的光通过；短通滤片，允许短于设定波长的光通过；带通滤片，允许一定带宽的波长通过，其他波长的光不能通过。
（6）光电倍增管（PMT）：主要作用是检测散射光和荧光，同时将光学信号转换成电脉冲（数字数据）信号。
3.数据处理系统主要由计算机及其软件组成，进行实验数据的分析、存储、显示，是流式细胞仪组成部件中的重要环节。
二、散射光的测定散射光信号的产生是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，散射光的强弱与细胞的大小、形状、光学同性、胞内颗粒折射有关，与接收散射光的方向也有关。
流式细胞术的原理和应用
流式细胞术的原理和应用流式细胞术（Flow cytometry）是一种广泛应用于生物医学研究和临床诊断的生物技术，它通过将单个细胞悬浮在溶液中，利用激光器照射并检测细胞表面或内部的荧光标记物，实现对细胞的定量和质量分析。
流式细胞术具有高通量、高准确性和高灵敏度的特点，被广泛应用于细胞表型分析、细胞分选、DNA含量测定、蛋白质定量、染色体分析、细胞凋亡测定等领域。
本文将对流式细胞术的原理和应用进行详细介绍。
一、流式细胞术的原理1. 细胞悬浮流式细胞术的第一步是将待检测的细胞悬浮在生理盐水或缓冲液中，以确保细胞处在单个状态，方便后续的激光检测。
2. 细胞标记细胞通常会被标记上与特定蛋白或分子结合的荧光标记物，通过特异性和高亲和力结合到细胞表面或内部的特定结构上。
这些标记物可以是荧光染料、荧光免疫球蛋白（Fluorescent-labeled antibodies）等。
3. 激光照射悬浮细胞通过流式细胞仪中的微流道单个流经，在通过激光照射后，激光与标记物产生光散射或荧光发射。
4. 光散射和荧光检测流式细胞仪通过多个检测器检测光散射和荧光发射强度，这些数据被传输到计算机中进行分析和图形呈现。
5. 数据分析通过计算机软件对检测到的数据进行图形处理和数据分析，包括各种细胞表型的区分、细胞计数、蛋白质表达水平、细胞周期分析等。
二、流式细胞术的应用1. 细胞表型分析流式细胞术可以用来分析细胞的表面标记物和内部标记物，比如CD标记、HLA标记、细胞凋亡标记等，帮助研究者深入了解细胞的功能和特性。
2. 细胞分选基于细胞表面标记物的差异，流式细胞术结合细胞分选仪可以实现对不同亚群细胞的快速纯化和分离，广泛应用于免疫学、干细胞研究等领域。
3. DNA含量测定通过DNA特异性荧光染料，流式细胞术可以对细胞的DNA含量进行测定，帮助研究细胞周期的变化、细胞增殖速率的测定等。
4. 蛋白质定量利用荧光标记的免疫球蛋白，流式细胞术可以对细胞中蛋白质的表达水平进行定量分析，比如研究细胞信号通路的活性等。
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4. Light less than 735 nm is reflected by the mirror, to the next detector.
2. Light > 735 nm passes through the dichroic mirror.
3. The bandpass filter allows only PE-Cy7 signal to enter the detector.
Westmead Millennium Institute
Emission Spectra and Detector
Rules:
Correct spectra spillover
Correct spectra spillover
Compensation= PE- x% of FITC
Same Mean Value
PMT
<560 nm
560 nm short pass (SP) dichroic
530/30 nm bandpass fluorescein filter
>560 nm
PMT
585/42 nm bandpass PE filter
laser
488 nm
BD Biosciences FACS Calibur detectors
Red (633 nm) laser
3 colors
APC
APC-
APC-Cy7
Cy5.5
Violet (405 nm) laser
2 colors
BV421
BV510 BV570 BV605 BV650
BV711
BV780
400
500
600
700
800
900
Emission wavelength (nm)
PE-Cy5
650 LP
PE APC PE-Cy5
560 SP
505 SP
610 LP
signal objective
BD LSR II, LSR Fortessa, FACS Canto and FACS Aria detectors.
1. Mixed fluorescent signals are transmitted down the optical path.
Controls
• Compensation controls - to correct spectra spillover
• Gating controls (e.g., FMO) -to define positive population
• Biological controls -Experience controls ( untreated vs treated) -Unstained controls -Isotype controls (for non-specific binding )
What Is Flow Cytometry?
• Flow ~ motion • Cyto ~ cell • Metry ~ measure
Measuring properties of individual cells while in a fluid stream (flowing) Including size, complexity, phenotypes (surface and intracellualr proteins) & viability
Normally, we keep the sheath pressure FIXED, and adjust the sample pressure .
SHEATH PRESSURE
SAMPLE PRESSURE
LO
SHEATH PRESSURE
SAMPLE PRESSURE
HI
Cells too close!
Long pass (LP)
460 500 540
Filters
Short pass (SP)
460 500 540
Band pass (BP)
460 500 540
LP 500
SP 500
BP500/50
Fluorescence detection
To detect both fluorescein and PE, we would separate the signals with a 560 SP dichroic, And filter the separated signals with 530/30 nm and 585/42 nm bandpass filters.
Stream too wide!
Lasers
Lasers
Lasers
Commercial flow cytometers are now routinely equipped with two or three solid state laser sources ( blue/red/violet ).
How do Fluorophores Work?
Fluorophores/Fluorochromes /Fluors/Dyes
Fluors can be excited by a particular wavelength of light and enter an excited state. Eventually, they come back down from their high, emitting a longer wavelength. This emitted wavelength is what we detect in flow.
• R–ed7（-A6A3D3nm）
– APC – APC-Cy7 – AF647 – AF700
– AmCyan – BrilliantViolet 421 – PacificBlue – BrilliantViolet 510 – BrilliantViolet 570 – BrilliantViolet 605 – BrilliantViolet 650 – BrilliantViolet 711 – BrilliantViolet 785 – Qdot605
北京达科为生物技术有限公司
技术部: 杨亚军
# of Publications
Why Use Flow Cytometry?
• The use of flow in research has boomed since the mid-1980s
• Contributed to >140,000 published articles (Pubmed) in 2014
Longpass dichroic mirror
Bandpass filter
PE-Cy7
incoming signals
PE-Cy5
empty
side scatter
PE
FITC
emptyPPEE-C源自y77Electronics
Electronics
Electronics
How do you interpret the data?
Histograms & Bivariate Dot Plots
Typical displays are composed of tens of thousands of event If only a single parameter is to be plotted, a histogram is used. Plotting two parameters yields a bivariate dotplot.
What is Flow Cytometer?
Lasers
Fluidics
Optics
Electronics & computer
Detectors
l
Fluidics System
Fluidics System
Flow Chamber
Sample Sheath Sheath
laser
Sheath versus sample pressure
Excitation/Emission Spectra
Common Fluorophores
• Blue（488nm）
• Violet（405nm）
– FITC – Alexa Fluor 488 – PE – PerCP – PerCP-Cy5.5 – PE-Cy5 – PE-Cy7 – PI
BCI GalliosTM… 3 lasers
Miltenyi Biotec MACSQuantTM… 3 lasers
BD FACSCanto IITM… 3 lasers
544nm , Green ;
Optics and Detectors
Optics
Detectors
Westmead Millennium Institute
DPSS 488 nm 20 mW Red diode 642 nm 25 mW Violet diode 405 nm 50 mW
FITC / GFP PE PE-Texas Red PE-Cy5 PE-Cy5.5 PE-Cy7 APC APC-Cy5.5 APC-Cy7
Pacific Blue Pacific Orange Qdots
Four fluorescence detectors, three off the 488 nm, one off the 640 nm laser.
FITC SSC
side scatter
488/10 nm
PE