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成像单细胞以Usain Bolt的速度行进

近年来,通过基于微流体的流式细胞术的开发,已经大大改善了单细胞可以被分析和操作的精确度和准确度。

尽管其灵敏度,但微流体流式细胞术受到低通量和差的空间分辨率的限制。最近的研究试图彻底改变微流体流式细胞术成像技术以解决这些局限性。这导致了新平台的开发,将传统流式细胞仪提供的高通量与光学显微镜的空间分辨率相结合。

现在,化学和生物工程研究所的科学家们的综述总结了最近对超高通量单细胞分析和多参数成像工具开发的研究。作者总结了几种微流体细胞聚焦方法,并详细介绍了最先进的检测方法;即基于摄像机和光电探测器的成像技术。该评论由Stavrakis及其同事在“生物技术的当前观点”杂志的分析生物技术特刊上发表。

可以击败模糊的相机

单个细胞或生物分子的同时处理取决于将细胞聚焦成单细胞流的能力。这允许细胞被分离并单独成像。用于操纵鞘流的几种技术,通过其注入样品的流体壁,改善了内部样品流的定位。该样品流容纳被研究的细胞并允许它们被最佳地放置用于成像。

鞘液内细胞的高速运动是有问题的,因为它产生“光学模糊”,即围绕物体图像的模糊。消除光学模糊的尝试先前已经实现了成像流技术。这些技术试图耦合显微镜,其提供具有流式细胞术的良好图像分辨率,其具有差的空间分辨率。

然而,流动成像受到低中等吞吐量和大鞘液体积要求的影响。目前的研究主要集中在将流式细胞术方法与微流体耦合,提供高通量和低体积的优点。

Schonbrun等。例如,结合使用具有衍射透镜的微制造平台来产生放大率和亚微米分辨率。微流体流动成像的最新发展成功地实现了更高的吞吐量,称为超高通量。

Rane等人。展示了一种在高速下实现无模糊图像的方法,分析吞吐量为85 000个细胞/秒。此外,他们还能够进行多参数测量(多色荧光,明场和暗场图像),从而可以更精确地表征细胞。

光电探测器 - 图像采集的优越手段?

基于相机的方法受到灵敏度和成像速度之间的折衷的限制。但是,基于Photodetector的平台提供了捕获快速事件的替代路径。最近的方法集中在时间拉伸成像上,这显着提高了图像灵敏度。时间拉伸方法使用毫微微到皮秒的宽带光脉冲来筛选样品中的每个生物分子或细胞。

最初在加利福尼亚开发的时间拉伸成像技术最近在Tsia等人的香港进行了改进,其努力产生了第二代技术,称为非对称检测时间拉伸光学显微镜(或ATOM)。时间拉伸涉及将图像帧光学编码成超快激光脉冲。

帧速率由超快脉冲激光的重复率决定,因此ATOM能够实现每秒数百万帧的成像速度。此外,可以放大编码图像。高速和灵敏度的综合效果消除了基于相机的方法所显示的折衷。

香港的研究人员拍摄了无需标记的细胞图像,这是一种用于获取高对比度图像的典型预筛选技术。105个 单元/秒的帧速率远远超过传统传统传感器的帧速率,传统传感器提供百分之一。

细胞的荧光成像是更难以获得的细胞的一种参数测量。它需要在可见光谱之外的电磁辐射脉冲,因此ATOM的时间拉伸是不合适的。

通常,基于相机的方法可以缓慢读取微小的荧光脉冲,从而产生单个像素;这限制了荧光成像的速度。Diebold等人。最近已经解决了高速荧光成像的问题。受电信领域的启发,他们开发出一种生成更快图像读出率的方法。

该技术称为使用射频标记发射(FIRE)的荧光成像,使得来自每个像素的荧光在不同的射频上编码。这种方式类似于许多电视频道通过一根信号线传送到电视的方式,或者有多少台电脑连接到信号路由器。这允许相机一次检测最多200个像素的行。当应用于流式细胞仪时,FIRE使每个细胞能够以高分辨率,无模糊和多种颜色成像,从而允许收集更多的图像信息。

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