在數(shù)百萬個細(xì)胞中識別少量致病細(xì)胞是棘手的。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種技術(shù)，能夠在小范圍內(nèi)單獨(dú)和詳細(xì)地識別大量的細(xì)胞特性。

人類，動物和植物的所有生命過程都依賴于細(xì)胞活動。僅人體就含有超過210種細(xì)胞類型，具有影響發(fā)育和健康的特定性質(zhì)和功能。詳細(xì)了解這些細(xì)胞及其特性對于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)至關(guān)重要。然而，過濾掉廣受歡迎的細(xì)胞信息有時是一個巨大的挑戰(zhàn) - 特別是如果在一百萬個細(xì)胞中，少于十幾個細(xì)胞具有引發(fā)疾病的特性。

流式細(xì)胞術(shù)是化學(xué)，生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中用于快速確定大量單個細(xì)胞特性的既定方法。例如，該細(xì)胞測量技術(shù)可用于鑒定癌細(xì)胞或T細(xì)胞，即對免疫防御系統(tǒng)重要的那些白細(xì)胞。

該技術(shù)發(fā)明于1968年，與傳統(tǒng)的流式血細(xì)胞計數(shù)器通常測量散射光及熒光當(dāng)細(xì)胞流過的激光束。產(chǎn)生的信號根據(jù)細(xì)胞的大小，形狀，結(jié)構(gòu)和顏色而變化;例如，T細(xì)胞非常光滑并且散射的光比其他細(xì)胞少。

一個很好的組合

由生物化學(xué)工程的ETH教授Andrew deMello領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已成功地進(jìn)一步開發(fā)流式細(xì)胞儀。其基于成像的細(xì)胞計數(shù)平臺可以更快速地測量細(xì)胞及其特性，并且比現(xiàn)在的流式細(xì)胞儀更準(zhǔn)確。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)已在科學(xué)期刊Chem中介紹了他們的方法。

研究人員并沒有徹底改變這種方法，而是巧妙地將現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合起來：他們的流式細(xì)胞儀結(jié)合了微流體的功能，微流體通過微通道研究流體的行為，具有高靈敏度的光學(xué)檢測方法和超快速成像。

這使它們能夠?qū)崿F(xiàn)每秒超過50,000個單元的超高吞吐量。標(biāo)準(zhǔn)熒光流式細(xì)胞儀可以測量每秒100到20,000個細(xì)胞，成像流式細(xì)胞儀每秒最多可以測量4,000個細(xì)胞。然而，在實踐中，通常情況下測量的細(xì)胞明顯更少，因為它們通常聚集在一起。

“我們正在開發(fā)技術(shù)，以幫助化學(xué)家，生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)專家開展新的研究，”deMello說。他預(yù)計平臺有一天會比現(xiàn)在的儀器更簡單，也更便宜。

原則上，他們的流式細(xì)胞儀由三部分組成：在開始時，細(xì)胞緊密排列在一個文件中。然后微流體流引導(dǎo)它們通過蛇形微通道(參見上圖)并高速進(jìn)入檢測區(qū)域。在那里，高分辨率相機(jī)使用燈光效果記錄它們的大小，形狀和結(jié)構(gòu)。在最后一步中，可以根據(jù)其屬性對它們進(jìn)行排序。

循環(huán)快照

這種方法的一個特點是細(xì)胞通過幾個平行環(huán)，這使得攝像機(jī)能夠精確地記錄大量細(xì)胞。這加快了deMello的方法，并允許以極高的吞吐量運(yùn)行。“微流體與成像的結(jié)合可以增強(qiáng)信息，”他說。相反，在傳統(tǒng)方法中，檢測器在特定點處注冊一個接一個的單元。

使用該技術(shù)可以獲得三種類型的圖像：具有關(guān)于細(xì)胞的形狀和結(jié)構(gòu)的信息的暗場圖像(這些圖像顯示針對暗背景的彩色結(jié)構(gòu))，具有關(guān)于細(xì)胞大小和熒光圖像的信息的明場圖像。有關(guān)細(xì)胞外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。特別是形態(tài)信息的提取將deMello的方法與其他基于熒光或微流體的方法區(qū)分開來。

像Papa Flash一樣成像

當(dāng)他們遇到問題時，deMello的團(tuán)隊受益于基于液滴的微流體和光學(xué)方法的多年經(jīng)驗：當(dāng)液滴，細(xì)胞或微粒流動非?？鞎r，圖像 - 如同照片 - 有時會變形或模糊。該研究小組從過去的經(jīng)驗中解釋了這個問題：為了揭示細(xì)胞，他們使用頻閃照明將細(xì)胞的連續(xù)流動(如慢動作相機(jī))分解成一系列靜止圖像。由于閃光燈閃光燈的發(fā)明者哈羅德·E·埃奇頓(Harold E. Edgerton)，也被稱為Papa Flash，這種方法因世界聞名而聞名于世。

由于頻閃曝光，可以清楚地記錄以每秒半米和大量移動的單個電池。

為了測試他們的方法的表現(xiàn)，deMello的資深科學(xué)家Stavros Stavrakis和兩名研究生分析了一個大的細(xì)胞群，并根據(jù)它們的熒光區(qū)分了活細(xì)胞，死亡細(xì)胞和死細(xì)胞。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員希望進(jìn)一步開發(fā)該方法，以期應(yīng)用于細(xì)菌，納米科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用。