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流式细胞仪原理及及其在植物上的应用和选用(一)

2020.7.27

摘要:随着科技水平的不断深入,科研设备的不断更新,国家对科研投入的不断增多,植物检测技术也得到了进一步的发展。流式细胞仪植物检测技术是近几年在我国刚刚兴起的一项新技术,对许多植物科技工作者来说还比较陌生。本文用比较通俗的语言介绍了进行流式细胞仪分析所必须的基本概念、发展历史、工作原理、知名品牌、常见型号及其在植物上的应用。
关键词:流式细胞仪;植物;检测技术

Flow Cytometry
Zhao Hong (Beijing Vegetable Research Center,Bering 100089,China)
Abstract:With the development of science,with the updating of scientific equipments,and with the increasing investment by nation,the plant measurement technologies have been made great progress.Flow cytometry(FCM)is a new technology appeared recently in China.It is still strange to many plant scientific researchers.In this article we briefly introduce the bas—ic concept and history of FCM,simply explmn the principle,concretely present three famous companies and their modelTl models,and demonstrate some applications of FCM in plants science.
Key words:Flow cytometry ;plant;measurement

1 流式细胞仪的概念及其发展历史
1.1 流式细胞仪的基本概念流式细胞仪(flow cytonletry,FCM)是对高速直线流动的细胞或生物微粒进行快速定量测定和分析的仪器,主要包括样品的液流技术、细胞的计数和分选技术,计算机对数据的采集和分析技术等。流式细胞仪以流式细胞术为理论基础,是流体力学、激光技术、电子工程学、分子免疫学、细胞荧光化学和计算机等学科知识综合运用的结晶。流式细胞术是一种自动分析和分选细胞或亚细胞的技术。其特点是: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、生物化学特性的多参数测量,且在统计学上有效。
1.2 流式细胞仪的发展简史最早的流式细胞仪雏形诞生于1934年,Moldavan提出使悬浮的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的设想。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 Kamentsky1 Gohde、Fulwyler Herzen—berg等人的不断改进,设计了光电检测设备和细胞分选装置、完成了计算机与流式细胞仪的物理连接及多参数数据的记录和分析、开创了细胞的免疫荧光染色及检测技术、推广流式细胞仪在临床上的应用⋯。近20年来,随着流式细胞仪及其检测技术和的13臻完善,人们越来越致力于样品制备、细胞标记、软件开发等方面的工作,以扩大FCM的应用领域和使用效果。宋平根的《流式细胞术的原理和应用》是迄今为止对流式细胞仪及其技术阐述的最为详尽和透彻的中文著作。这本书非常详细地介绍了流式细胞术的历史、结构、原理、技术指标等,例举了其在医学和生物工程中的应用,非常适合从事此方面专业研究的人。由于这本书是13年前出版的,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的人士来说,这本书太复杂太深奥。谢小梅 主要介绍了流式细胞仪在生物工程中的应用。杨蕊 概括了流式细胞仪的工作原理,简单提及了流式细胞仪的应用。本文在分析这三篇论著或文章的优缺点后,用比较通俗的语言介绍了掌握流式细胞仪检测技术必须了解的一些原理,并对目前市场上的主流型号进行了客观的性能概括。

2 流式细胞仪的工作原理和技术指标
2.1 流式细胞仪工作原理 除电源外,流式细胞仪主要由四部分组成:流动室和液流系统:激光源和光学系统;光电管和检测系统;计算机和分析系统,其中流动室是仪器的核心部件。这四大部件共同完成了信号的产生、转换和传输的任务。
2.1.1 信号的产生、转换和传输在压力作用下,鞘液管中的鞘液被持续不断地压入流动室,形成一股稳定地连续的液流,保证了样本液稳定地处于鞘液液流的轴线上,并以单个细胞形式直线通过激光照射区。激光照射区又称测量区,是指液流与激光束垂直相交的点。当细胞携带荧光素标记物通过激光照射区时,产生代表细胞内部不同物质、不同波长的荧光信号,这些信号以细胞为中心,向空间360。立体角发射,产生散射光和荧光信号。散射光不依赖任何细胞样品的制备技术,因此被称为细胞的物理参数或固有参数。散射光又包括前向角散射和测向角散射。前向角散射与被测细胞直径的平方密切相关,测向角散射光对细胞膜、胞质、核膜的折射率更敏感,可提供有关细胞内精细结构和颗粒性质的信息。荧光信号也有二种;一种是细胞自身在激光照射下发出的微弱荧光信号,另一种是经过特异荧光素标记后的细胞受激发照射后得到的荧光信号。在免疫分析中常要同时探测两种以上波长的荧光信号,就采用二向色性反射镜,或二向色性分光器,来有效地将各种荧光分开。
经荧光染色的细胞受到适合的光激发后产生的荧光是通过光电转换器转变成电信号而进行测量的。最常用的光电转换器是光电倍增管(PMT)。从PMT输出的电信号需要经过放大后才能输入分析仪器。流式细胞仪中一般备有两类放大器。一类是线性放大器,其输出信号与输入信号成线性关系。线性放大器适用于在较小范围内变化的信号以及代表生物学线性过程的信号,如DNA测量等。另一类是对数放大器,其输出信号和输入信号之间成常用对数关系。在免疫学测量中常使用对数放大器。
放大后的电信号被传送到计算机,再经模一数转换器传输到微机处理器形成数据文件,保存在计算机上。保存在计算机上的数据可在脱机后再进行数据处理和分析。

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