多通道流式細胞分析系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、多通道流式細胞分析系統(tǒng)對懸液中處于高速、直線流動的單細胞或其他微粒的散射光信號和（或）熒光信號進行檢測，進而實現(xiàn)高速、逐一、多參數(shù)的定量分析。多通道流式細胞分析系統(tǒng)作為一種高通量單細胞臨床檢驗分析儀器，在細胞生物學、臨床醫(yī)學、細胞遺傳學、生殖學、制藥學、免疫學、基礎醫(yī)學和臨床疾病檢驗等多個領域具有廣泛的應用。目前多通道流式細胞分析系統(tǒng)的關鍵技術主要由國外幾家公司把持，對各功能模塊中關鍵技術進行理論及工程實現(xiàn)方面的研究具有重大意義。另外，

2、在流動室結構設計、核流流速穩(wěn)定性評估、基于散射光的細胞預分群、流式熒光壽命測量以及熒光補償?shù)确矫嫒孕枰黄啤?br>　　本文以多通道流式細胞分析系統(tǒng)中層流形成、激發(fā)光光斑整形、散射光激發(fā)及收集檢測、多色熒光分光收集、光電轉(zhuǎn)換、電信號處理、數(shù)據(jù)傳輸及軟件分析等處理過程為技術牽引，針對常規(guī)分析型流式細胞分析系統(tǒng)的氣液路模塊、光路模塊、電子電路模塊和軟件分析模塊中的關鍵技術問題，面向工程應用，通過研究核流寬度及流速穩(wěn)定性評估方法、光斑整形方法

3、及光強分布特性、散射光檢測方法、熒光補償算法及脈沖表征方法，確定流式細胞分析系統(tǒng)測量過程中主要誤差來源，據(jù)此提出一系列優(yōu)化方法減小測量誤差并提高測量穩(wěn)定性。完成的主要研究工作和成果總結如下:
　　1)針對單鞘液入口流動室結構存在樣本液兩側(cè)壓力不一致導致核流寬度不穩(wěn)定的問題，設計了一種雙鞘液進樣流動室結構。分別對0°、60°及90°雙鞘液入口結構進行了聚焦效果仿真及實驗驗證;對雙鞘液平行進樣結構進行了實驗驗證，可以實現(xiàn)核流寬度的穩(wěn)定

4、、可控。實驗結果表明低速、中速、高速的核流寬度平均值分別為8.38μm(最大誤差1.42μm，標準差0.70μm)、13.73μm（最大誤差1.27μm，標準差0.71μm）、20.11μm（最大誤差1.09μm，標準差0.59μm）。
　　2)針對流動室內(nèi)微流道空間狹小，無法直接對核流寬度及流速穩(wěn)定性進行評估的問題，提出基于圖像分析的核流穩(wěn)定性評估方法。對核流顯微圖像進行分析，提出基于一階導數(shù)極值點的核流寬度判定方法對核流寬度穩(wěn)

5、定性進行評估;利用高速相機對微球拖尾圖像進行采集，實現(xiàn)對核流流速穩(wěn)定性評估，并搭建了實驗系統(tǒng)，分別利用4種粒徑標準微球在3種流速下進行了實驗驗證。
　　3)針對前向散射光單片檢測方法無法實現(xiàn)粒徑及折射率有效識別的問題，提出了一種基于陣列光電探測的前向散射光檢測方法，實現(xiàn)了前向散射光角度分布特性的準確聚類。搭建了陣列探測實驗系統(tǒng)，并利用4種粒徑、4種折射率的標準微球進行了實驗驗證。對不同折射率微球的最大聚類誤差為4.51％，對不同粒

6、徑微球的最大聚類誤差為2.55％。
　　4)針對熒光壽命時域及頻域測量系統(tǒng)成本高、結構復雜的問題，根據(jù)流式脈沖信號特性，提出了一種基于熒光脈沖時延估計結合硬件系統(tǒng)時延標定的熒光壽命檢測方法。利用一種基于互相關算法的高精度時延估計算法對熒光脈沖與散射光脈沖之間的時延進行測量，并將時延估計結果與高斯擬合結果進行對比，對該方法的可行性進行驗證;搭建了流式熒光壽命檢測系統(tǒng)，并利用CD3-FITC，CD8-PE及CD4-PC5三種熒光染料進