流式细胞术的发展史

精准检验对流式细胞术发展和质量控制需求盛慧明2016年11月11日一、流式细胞术发展历史和现状二、流式细胞术的最新进展三、BEAMing技术四、流式细胞术的质量控制一、流式细胞术发展历史和现状二、流式细胞术的最新进展三、BEAMing技术四、流式细胞术的质量控制一、流式细胞术发展历史和现状流式细胞术Flow Cytometry现代流式细胞仪产生于上世纪六七十年代，源于对细胞进行分选，所以最早是Fluorescence-activated cell sorting ，FACS；最早的omic 经过近四十年的发展和完善，今天的流式细胞仪已经十分成熟并不断推陈出新，广泛运用于从基础研究到临床实践的各个方面；是一种对液流中排成单列的细胞或其它生物微粒（如微球，细菌，小型模式生物等）逐个进行快速定量分析和分选的技术；流式细胞术技术平台涵盖了细胞生物学、免疫学、血液学、肿瘤学、药理学、遗传学及临床检验等领域，在各学科中发挥着重要的作用。

流式细胞术完成FCM计数的主要历程◆1930年,Casperrsson 和Thorell 开始致力于细胞的计数;◆1934年,Moldaven 是世界上最早通过光电仪记录细胞数量;◆1940年,Coons 提出用结合荧光素的抗体去标记细胞内的特定蛋白;◆1953年,Croslannd Taylor 应用分层鞘流原理,奠定了流式细胞术的液流技术基础;◆1956年,Coulter 生产了Coulter细胞颗粒计数器;◆1953年,Parker 和Hutcheon 描述一种全血细胞计数器装置,成为流式细胞仪的雏形;◆1967年, Holm 等设计了汞弧光灯激发荧光染色的细胞，再由光电设备计数的装置;◆1973年, Steinkmp设计了利用激光激发双色荧光色素标记的细胞，达到计数和分选的装置.流式细胞术完成数据采集和分析技术整合◆1965年，Kamentsky开拓性的提出两大设想：:(1) 用分光光度计定量细胞成分; (2)结合测量值对细胞进行分类;◆1969年,Van Dilla 和美国的Los Alamos小组研制出液流束、光路轴、检测系统光轴三者相互正交的第一台流式细胞计数器；◆1972年, Herzenberg研制出一个细胞分选器的改进型,能够检测出经荧光标记抗体染色的细胞的较弱的荧光信号;◆1973年，与Stanford University合作开发世界上第一台商用流式细胞仪FACSI.Kamentsky Herzenberg流式细胞仪的基本构造流式细胞采用的抗体常用荧光素：•FITC,激发光488nm 发射光525nm；•PE,激发光488nm 发射光575nm;•PE-Cy5,激发光488nm 发射光667nm;•PE-Cy7,激发光488nm 发射光767nm。

流式细胞术简介一、流式细胞术发展简史流式细胞术（Flow Cytometry, FCM）是一种可以对细胞或亚细胞结构进行快速测量的新型分析技术和分选技术。

其特点是：①测量速度快，最快可在1秒种内计测数万个细胞；②可进行多参数测量，可以对同一个细胞做有关物理、化学特性的多参数测量，并具有明显的统计学意义；③是一门综合性的高科技方法，它综合了激光技术、计算机技术、流体力学、细胞化学、图像技术等从多领域的知识和成果；④既是细胞分析技术，又是精确的分选技术。

概要说来，流式细胞术主要包括了样品的液流技术、细胞的分选和计数技术，以及数据的采集和分析技术等。

FCM目前发展的水平凝聚了半个世纪以来人们在这方面的心血和成果。

1934年，Moldavan1首次提出了使悬浮的单个血红细胞等流过玻璃毛细管，在亮视野下用显微镜进行计数，并用光电记录装置计测的设想，在此之前，人们还习惯于测量静止的细胞，因为要使单个细胞顺次流过狭窄管道容易造成较大的细胞和细胞团块的淤阻。

1953年Crosland –Taylor根据雷诺对牛顿流体在圆形管中流动规律的研究认识到：管中轴线流过的鞘液流速越快，载物通过的能力越强，并具有较强的流体动力聚集作用。

于是设计了一个流动室，使待分析的细胞悬浮液都集聚在圆管轴线附近流过，外层包围着鞘液；细胞悬浮液和鞘液都在作层液。

这就奠定了现代流式细胞术中的液流技术基础。

1956年，Coulter在多年研究的基础上利用Coulter效应生产了Coulter 计数器。

其基本原理是：使细胞通过一个小孔，只在细胞与悬浮的介质之间存在着导电性上的差异，便会影响小孔道的电阻特性，从而形成电脉冲信号，测量电脉冲的强度和个数则可获得有关细胞大小和数目方面的信息。

1967年Holm等设计了通过汞弧光灯激发荧光染色的细胞，再由光电检测设备计数的装置。

1973年Steinkamp设计了一种利用激光激发双色荧光色素标记的细胞，既能分析计数，又能进行细胞分选的装置。

流式细胞术及其应用一、流式细胞术（Flow Cytometry, FCM）的发展史1934年细胞在显微镜载物台的毛细管中流过。

1949年流动的悬浮子粒计数方法—Coulter效应。

1967年发展了一种液流束、照明光轴、检测系统三者垂直的流式细胞仪。

80年代出现了完善的流式细胞仪。

国内使用的流式细胞仪主要由美国的两个厂家生产:BECKMAN- COULTER公司和Becton-Dickinson公司(简称B-D公司)。

流式细胞仪主要有两型:临床型（又称小型机、台式机）和综合型（又称大型机、分析型）。

BECKMAN-COULTER公司最新产品为EPICS ALTRA和EPICS XL/XL-MCL, B-D 公司最新产品为FACS Vantage和FACS Calibur。

EPICS XL/XL-MCL和FACS Calibur是临床型;EPICS ALTRA和 FACS Vantage是综合型，除具备检测分析功能外,还具有细胞分选功能, 多用于科学研究。

二、流式细胞术的基本原理流式细胞术是以流式细胞仪为检测手段的一项能快速，精确的对单个细胞理化特性进行多参数定量分析和分选的新技术。

其基本原理如下：1流式细胞仪系统流程：标本→激光系统→流动系统→信号处理系统→放大系统→计算机系统→结果打印2 基本原理：待测标本制备成单细胞悬液通过荧光染色后进入充满鞘液的流动室，鞘液的作用有二：一是约束样品使之在喷嘴中心以提高测量精度；二是防止样品靠近喷孔壁以避免堵塞喷孔。

鞘液压力与样品流压力是不同的，当二者的压力差异达到一定程度时，鞘液裹挟着样品流中细胞排成单列逐个经过激光聚焦区。

如果我们将细胞中感兴趣的部分特异性的标上荧光染料，那么这些染料将在细胞通过激光检测区时受激光发出特定波长的荧光, 通过一定波长选择通透性的滤色片,我们可将不同波长的散射光、荧光信号区分开来，并送到不同的光电倍增管中，经过一系列的信号转换、放大，数字化处理，我们就可以在计算机上直观的统计各种荧光染料的细胞各自的百分率。

流式细胞术简介一、流式细胞术发展简史流式细胞术(FlowCytometry,FCM)是一种可以对细胞或亚细胞结构进行快速测量的新型分析技术和分选技术。

其特点是：①测量速度快，最快可在1秒种内计测数万个细胞；②可进行多参数测量，可以对同一个细胞做有关物理、化学特性的多参数测量，并具有明显的统计学意义；③是一门综合性的高科技方法，它综合了激光技术、计算机技术、流体力学、细胞化学、图像技术等从多领域的知识和成果；④既是细胞分析技术，又是精确的分选技术。

概要说来，流式细胞术主要包括了样品的液流技术、细胞的分选和计数技术，以及数据的采集和分析技术等。

FCM目前发展的水平凝聚了半个世纪以来人们在这方面的心血和成果。

1934年，Moldavan1首次提出了使悬浮的单个血红细胞等流过玻璃毛细管，在亮视野下用显微镜进行计数，并用光电记录装置计测的设想，在此之前，人们还习惯于测量静止的细胞，因为要使单个细胞顺次流过狭窄管道容易造成较大的细胞和细胞团块的淤阻。

1953年Crosland–Taylor根据雷诺对牛顿流体在圆形管中流动规律的研究认识到：管中轴线流过的鞘液流速越快，载物通过的能力越强，并具有较强的流体动力聚集作用。

于是设计了一个流动室，使待分析的细胞悬浮液都集聚在圆管轴线附近流过，外层包围着鞘液；细胞悬浮液和鞘液都在作层液。

这就奠定了现代流式细胞术中的液流技术基础。

1956年，Coulter在多年研究的基础上利用Coulter效应生产了Coulter计数器。

其基本原理是：使细胞通过一个小孔，只在细胞与悬浮的介质之间存在着导电性上的差异，便会影响小孔道的电阻特性，从而形成电脉冲信号，测量电脉冲的强度和个数则可获得有关细胞大小和数目方面的信息。

1967年Holm等设计了通过汞弧光灯激发荧光染色的细胞，再由光电检测设备计数的装置。

1973年Steinkamp设计了一种利用激光激发双色荧光色素标记的细胞，既能分析计数，又能进行细胞分选的装置。

第一章流式细胞仪简介1．1 流式细胞术发展史纵观历史，几乎没有哪一门科学技术象流式细胞术这样凝结了众多不同学术背景、不同科研领域的科学家的心血。

从流式细胞术的发明、改进，流式细胞仪的研制、革新，到今天的众多应用领域的拓展，每一步都是诸如生物学、生物技术、计算机科学、电子工程学、流体力学、激光技术、高等数学、临床医学、分子生物学、有机化学和物理学等学科知识综合运用的结晶。

而现代流式细胞术，更是由于结合了单克隆抗体技术、定量细胞化学和定量荧光细胞化学的应用，使其在生物学、临床医学、药物学等等众多研究领域的应用有了更加突飞猛进的发展。

而这一切，就要求我们的流式细胞仪使用者和科研人员一定要不断地有意识地学习上述各门学科的知识，只有这样，才能更好地将流式细胞仪应用到我们的临床和科研中去。

流式细胞术发展史1930年，Caspersson 和Thorell开始致力于细胞的计数。

1934年，Moldaven 是世界上最早设想使细胞检测自动化的人，他试图用光电仪记录流过一根毛细管的细胞。

1936年，Caspersson 等引入显微光度术。

1940年，Coons 提出用结合了荧光素的抗体去标记细胞内的特定蛋白。

1947年，Guclcer 运用层流和湍流原理研制烟雾微粒计数器。

1949年，Wallace Coulter 提出在悬液中计数粒子的方法的专利。

1950年，Caspersson 用显微分光光度计的方法在UV和可见光光谱区检测细胞。

1953年，Croslannd-Taylor 应用分层鞘流原理，成功的设计红细胞光学自动数器。

同年，Parker 和Horst 描述一种全血细胞计数器装置，成为流式细胞仪的雏形。

1954年，Beirne 和Hutcheon 发明光电粒子计数器1959年，B型Coulter计数器1965年，Kamemtsky等提出两个设想，一是用分光光度计定量细胞成分；二是结合测量值对细胞分类。

1967年，Kamentsky 和Melamed 在Moldaven的方法的基础上提出细胞分选的方法。

质谱流式发展史质谱流式发展史可以追溯到20世纪初。

以下是质谱和流式技术发展的主要历程：1. 质谱技术的起步（20世纪初）：- 1900年左右，质谱技术首次出现，由J.J. Thomson发明。

他使用了质谱仪来研究带电粒子的质荷比。

- 随后的几十年中，质谱技术逐渐发展，应用于分析各种化合物的结构和组成。

2. 质谱技术的进化（20世纪中叶）：- 20世纪50年代，质谱仪器的改进和电子轰击离子源的引入使得质谱技术在化学分析中得到广泛应用。

- 60年代，飞行时间质谱和四极质谱等新型仪器的出现进一步提高了分析性能。

3. 流式细胞术的诞生（1960年代）：- 1968年，美国科学家Wolfgang Göhde首次提出流式细胞仪的概念。

他的设想是通过单个细胞的快速检测来进行细胞分析。

4. 流式细胞仪的发展（1970年代至今）：- 1970年代初，第一台商业化的流式细胞仪问世，这一技术迅速在生物医学领域得到推广。

- 随着时间的推移，流式细胞仪的功能逐渐增强，可以实现更多参数的同时检测，例如细胞大小、形状、表面标记物等。

- 引入激光技术后，流式细胞仪的灵敏度和分辨率得到了大幅提高。

5. 质谱流式联用技术的兴起（1990年代至今）：- 1990年代初，质谱和流式技术的结合成为可能，诞生了质谱流式联用技术（mass cytometry）。

- 这种技术结合了质谱的高分辨率和流式的高通量特性，广泛应用于细胞分析和蛋白质组学研究。

6. 技术不断创新（21世纪）：- 当前，质谱流式联用技术仍在不断创新，涉及单细胞分析、蛋白质组学、代谢组学等多个领域。

- 新一代仪器的推出使得分析更加精准、高效，对生命科学研究和临床诊断有着重要的影响。

综上所述，质谱和流式技术的发展历程相互交织，不断推动了生物医学研究和分析技术的进步。