近年來，通過基于微流體的流式細(xì)胞術(shù)的開發(fā)，已經(jīng)大大改善了單細(xì)胞可以被分析和操作的精確度和準(zhǔn)確度。

盡管其靈敏度，但微流體流式細(xì)胞術(shù)受到低通量和差的空間分辨率的限制。最近的研究試圖徹底改變微流體流式細(xì)胞術(shù)成像技術(shù)以解決這些局限性。這導(dǎo)致了新平臺的開發(fā)，將傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀提供的高通量與光學(xué)顯微鏡的空間分辨率相結(jié)合。

現(xiàn)在，化學(xué)和生物工程研究所的科學(xué)家們的綜述總結(jié)了最近對超高通量單細(xì)胞分析和多參數(shù)成像工具開發(fā)的研究。

作者總結(jié)了幾種微流體細(xì)胞聚焦方法，并詳細(xì)介紹了最先進(jìn)的檢測方法; 即基于攝像機(jī)和光電探測器的成像技術(shù)。該評論由Stavrakis及其同事在“ 生物技術(shù)的當(dāng)前觀點 ”雜志的分析生物技術(shù)特刊上發(fā)表。

超高通量單細(xì)胞分析正在徹底改變生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。促進(jìn)| 存在Shutterstock

可以擊敗模糊的相機(jī)

單個細(xì)胞或生物分子的同時處理取決于將細(xì)胞聚焦成單細(xì)胞流的能力。這允許細(xì)胞被分離并單獨成像。用于操縱鞘流的幾種技術(shù)，通過其注入樣品的流體壁，改善了內(nèi)部樣品流的定位。該樣品流容納被研究的細(xì)胞并允許它們被最佳地放置用于成像。

鞘液內(nèi)細(xì)胞的高速運(yùn)動是有問題的，因為它產(chǎn)生“光學(xué)模糊”，即圍繞物體圖像的模糊。消除光學(xué)模糊的嘗試先前已經(jīng)實現(xiàn)了成像流技術(shù)。這些技術(shù)試圖耦合顯微鏡，其提供具有流式細(xì)胞術(shù)的良好圖像分辨率，其具有差的空間分辨率。

然而，流動成像受到低中等吞吐量和大鞘液體積要求的影響。目前的研究主要集中在將流式細(xì)胞術(shù)方法與微流體耦合，提供高通量和低體積的優(yōu)點。

Schonbrun 等。例如，結(jié)合使用具有衍射透鏡的微制造平臺來產(chǎn)生放大率和亞微米分辨率。微流體流動成像的最新發(fā)展成功地實現(xiàn)了更高的吞吐量，稱為超高通量。

Rane 等人。展示了一種在高速下實現(xiàn)無模糊圖像的方法，分析吞吐量為85 000個細(xì)胞/秒。此外，他們還能夠進(jìn)行多參數(shù)測量(多色熒光，明場和暗場圖像)，從而可以更精確地表征細(xì)胞。

基于相機(jī)的方法受到靈敏度和成像速度之間的折衷的限制。但是，基于Photodetector的平臺提供了捕獲快速事件的替代路徑。最近的方法集中在時間拉伸成像上，這顯著提高了圖像靈敏度。時間拉伸方法使用毫微微到皮秒的寬帶光脈沖來篩選樣品中的每個生物分子或細(xì)胞。

最初在加利福尼亞開發(fā)的時間拉伸成像技術(shù)最近在Tsia 等人的香港進(jìn)行了改進(jìn)，其努力產(chǎn)生了第二代技術(shù)，稱為非對稱檢測時間拉伸光學(xué)顯微鏡(或ATOM)。時間拉伸涉及將圖像幀光學(xué)編碼成超快激光脈沖。

幀速率由超快脈沖激光的重復(fù)率決定，因此ATOM能夠?qū)崿F(xiàn)每秒數(shù)百萬幀的成像速度。此外，可以放大編碼圖像。高速和靈敏度的綜合效果消除了基于相機(jī)的方法所顯示的折衷。

香港的研究人員拍攝了無需標(biāo)記的細(xì)胞圖像，這是一種用于獲取高對比度圖像的典型預(yù)篩選技術(shù)。10 5個  單元/秒的幀速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)傳統(tǒng)傳感器的幀速率，傳統(tǒng)傳感器提供百分之一。

細(xì)胞的熒光成像是更難以獲得的細(xì)胞的一種參數(shù)測量。它需要在可見光譜之外的電磁輻射脈沖，因此ATOM的時間拉伸是不合適的。

通常，基于相機(jī)的方法可以緩慢讀取微小的熒光脈沖，從而產(chǎn)生單個像素; 這限制了熒光成像的速度。Diebold 等人。最近已經(jīng)解決了高速熒光成像的問題。受電信領(lǐng)域的啟發(fā)，他們開發(fā)出一種生成更快圖像讀出率的方法。

該技術(shù)稱為使用射頻標(biāo)記發(fā)射(FIRE)的熒光成像，使得來自每個像素的熒光在不同的射頻上編碼。這種方式類似于許多電視頻道通過一根信號線傳送到電視的方式，或者有多少臺電腦連接到信號路由器。這允許相機(jī)一次檢測最多200個像素的行。當(dāng)應(yīng)用于流式細(xì)胞儀時，F(xiàn)IRE使每個細(xì)胞能夠以高分辨率，無模糊和多種顏色成像，從而允許收集更多的圖像信息。