流式细胞分析术的工作原理
一、手机的工作原理:
一般来说,我们普通用户只要学会如何使用好手机就可以了,对于其具体的工作原理不必仔细深究;然而在使用手机的过程中,由于各种因素的影响,手机不可避免地要出现故障,如果每次遇到故障哪怕是最微小的,都送到专业维修店去修理,您可能会觉得麻烦。如果您有相当的电器知识的话,您可能想自己学着修理,但要学修理,必须先熟悉手机的工作原理,只有这样才能判断发生的故障原因,并找出相应的解决方法。同时,了解手机的工作原理对于普通人来说也可以作为一种知识的储备。为了能帮助这些喜爱手机的用户快速学会修理,笔者就以摩托罗拉手机为例,来详细介绍一下手机到底是如何工作的。
手机之所以能相互通信,笔者认为它是由三部分协调工作的结果,这三部分分别为射频部分、逻辑部分和电源部分,要了解手机的工作原理其实只要了解这三部分是如何工作的就可以了,下面笔者就对这三个部分的工作原理进行分别地介绍。
射频部分
通常射频部分,又是由接受信号部分和发送信号部分组成。手机在接受信号时,首先利用天线把接收到的935-960MHz的射频信号,经U400、SW363,将发射信号的接收信号分开,使收发互不干扰。从U400的第四脚输入第五脚输出,进入接收前端回路。U400的工作状态受第三脚电位的控制,而第三脚电位又受到来自CPU的TXON、RXON信号的控制。经过天线开关的射频信号首先经过带通滤波器FL451的滤波,再送入高频放大管Q418进行放大,Q418的输出经FL452滤波后送Q420混频管进行混频。而本机振荡信号由RXVCO产生,并以FL453滤波后送Q420的基极进行混频,取其差额,从Q420的集电极输出153MHz的中频信号,经FL420滤波后得到153MHz纯净的中柴油机信号,现经Q421放大后送U201的31脚,153MHz的中频信号与153MHz的载波信号在32D53内解调产生RXI和RXQ模拟基带信号,经U201的46#和48#送U501的14#和15#。在U501内经A/D转换后送数字信号处理器做进一步的处理。153MHz的载波由U201的41#、42#、43#接外围电路所构成的306MHz振荡电路,形成306MHz卉波信号,经二频后形成153MHz载波。对于发送部分,从501的21#、22#、23#、24#输出的TXIN、TXIP、TXQN、TXQP发射频带信号进入U201的61#、62#、63#、64#。U201的6#、7#、10#外接一个216MHz的VCO,产生216MHz的载波信号,该信号经U201内的分频器分频产生108MHz的发射中频信号。四路调制信号在U201内完成108MHz载波调制从第4脚输出到U300的4#。U300完成发射取样信号与TXVCO相温柔频,取其差额得108MHz信号与4#输入的TXIF鉴相,产生鉴相误差电压,从第8脚输出去控制变容二极管CR300的容量来改变TXVCO的振荡频率,从Q300的C极输出890-915MHz的发射信号经Q301前级放大和Q302推动后进入功放Q302,放大后的信号进入天线U400的第1脚,再从U400的4#送天线发射出去。
逻辑部分
在逻辑部分,接收的RXI、RXQ模拟基带信号在调制解调器U501内部完成D/A转换、解密及自适应均衡后将数字基带信号从U501的6#送入CPU的10#,在CPU内进行信道解码,去掉纠错码源以及取实控制信息以后,恢复的话音数据流经数据线和地址线,传送到语音器U801进行解码。产生的数字话音信号从U801的78#送到PCM解码器U803的8#。数字话音信号在PCM解码器内完成减压以及A/D转换,再通过数字音量定位器,对接收信号、音量进行调整,再由U803的4#,输出模拟音频信号到U900的6#和21#。6#输入的振铃信号,经内部的振铃驱支放大以后,从U900的4#、5#输出去驱动振铃器发间音频信号,从21#输入,经内部的音频放大器以后,从19#、20#输出放大的话音信号去推动听筒发声。 当我们用户在讲话时,话音经听筒的声电转换以后送入电源集成电路U0-的9#,经内部的音频放大以后,从10#输出放大的模拟音频信号。该信号在送到PCM编解码器U803的18#在U803内部完成PCM编码。从13#输出PCM信号送到语音编码器801的89#,在U801内进语音数据线和地址线将话音数据液流磅到中央处理器U701,话音数据流在U701完成信道编码以后,经U701的11#送到调制解庙器U501的4#,信号在U501内进行D/A转换,加密等处理以后,将产生的四路调制信号TXIP、TXIN、TXQP、TXQN送到收发中频电路U201,以产生发射中频ITX、IF信号。
电源部分
至于电源部分,我们一旦给手机装上电池以后,电子Q999打通;同时32D54的48#与电源正极接通,此时我们如果再按一下开机键,U900的24#变为低电平,U900的稳夺输出四路电压分别为R275V、L2.75V、R4.75V、L5.0V。第30#产生复位信号和第27#产生开机申请信号。由32D53和13MHz晶体以及变压二极管共同构成13MHz时钟振荡器产生13MHz时钟,在32D53内部整形和放大以后从第59#输出送缓冲接口电路U703的17#,又从U703的第37#送CPU的50#送开机维持信号到U900的29#,维持正常开机。另外Q202、Q203的集电极电压均为2.75V,供给32D53内部接收或发射电路的电源。U900第3#送出的L5.0V给负电压产生电路供电。版本,SIM卡和PCM编解码器U803也是L5.0V供电。U900第28#送出的R2.75V电压给所有逻辑模块供电。U900第28#送出的2.75V电压供给射频部分。U900第41#送出的R4.75V电压给收发中频电路32D53代电,U900第37#输出的VXW转换电压给Q202和Q203的发射极供电。
由于各个手机的型号和出产厂商不一样,上面介绍的工作原理可能不适用于某些手机,但大致的工作流程应该是一样的。
二、手机制造相关知识
现在的手机已经渐渐脱离了单纯通讯工具的身份,逐渐转变成为一个多媒体和信息的终端设备,未来日常的沟通、娱乐、理财等活动,都是可以透过手机来进行。当大家在每一次看到一部新奇而又拥有高性能、鲜亮的外观设计的手机出现时,各位是否有这样的好奇心,这样的手机到底是怎么设计和制造出来的呢?
所以今天我们尝试用一个技术的客观角度,来简单描述手机设计部门的构造与及部门与部门之间的关系,最后向大家展示手机由制造到面世前的种种测试,好让大家更进一步了解手机,更加珍惜你的爱机,或许你日后不会轻易的更换它了吧!
一、手机的设计流程
用一个较简单的阐释,一般的手机设计公司是需要最基本有六个部门:ID、MD、HW、SW、PM、Sourcing、QA。
1、ID(Industry Design)工业设计
包括手机的外观、材质、手感、颜色配搭,主要界面的实现与及色彩等方面的设计。
例如摩托罗拉“明”翻盖的半透明,诺基亚7610的圆弧形外观,索爱W550的阳光橙等。这些给用户的特别感受和体验都是属于手机工业设计的范畴,一部手机是否能成为畅销的产品,手机的工业设计显得特别重要!
2、MD(Mechanical Design)结构设计
手机的前壳、后壳、手机的摄像镜头位置的选择,固定的方式,电池如何连接,手机的厚薄程度。如果是滑盖手机,如何让手机滑上去,怎样实现自动往上弹,SIM卡怎样插和拔的安排,这些都是手机结构设计的范畴。繁琐的部件需要MD的工作人员对材质以及工艺都非常熟识。
摩托罗拉V3以 13.9mm的厚度掀起了手机市场的热潮,V3手机以超薄为卖点,因为它的手机外壳材质选择十分关键,所以V3的外壳是由技术超前的航空级铝合金材质打造而成。可以这样说,特殊外壳材质的选择成就了V3的成功。
另外有个别用户反应在使用某些超薄滑盖手机的时候,在接听电话时总能感觉到手机前壳的左右摇动,这就是手机结构设计出了问题,由于手机的壳体太薄,通话时的扬声器振动很容易让手机的机身产生了共振。
3、HW(Hardware) 硬件设计
硬件主要设计电路以及天线,而HW是要和MD保持经常性的沟通。
比如MD要求做薄,于是电路也要薄才行得通。同时HW也会要求MD放置天线的区域比较大,和电池的距离也要足够远,HW还会要求ID在天线附近不要放置有金属配件等等。可想而知一部内置天线的设计手机,其制造成本是会较一部外置天线设计的手机贵上20-25%,其主要因素就是天线的设计,物料的要求与及电路的设计和制造成本平均都是要求较高一些。
通常结构设计师(MD)与工业设计师(ID)都会有争论,MD说ID都是画家,画一些大家做不出来的东西,而ID会说MD笨,不按他们的设计做,所以手机卖得不好。所以,一款新的手机在动手设计前,各个部门都会对ID部门的设计创意进行评审,一个好的ID一定要是一个可以实现的创意,并且客户的体验感觉要很好才行。当年摩托罗拉V70的ID就是一个很好的实现创意例子,后期市场的反应也不错,而西门子的Xelibri的创意虽然也很好,也可实现,但可惜的是最终客户的使用感觉并不好,所以一个真正好的创意,不但要好看,可实现,而且还要好用。
另外HW也会与ID吵架,ID喜欢用金属装饰,但是金属会影响了天线的设计以及容易产生静电的问题,因此HW会很恼火,ID/MD会开发新材料,才能应付ID的要求。诺基亚8800就是一个好例子,既有金属感,又不影响天线的接收能力。
4、SW(Software)软件设计
相对来说,SW是更容易为大家所理解,由于计算机的普及,让我们最大程度地接触了各种各样的软件,手机操作界面的模式,大家经常看到的手机九官格操作菜单的实现,这都是SW设计的范畴。
SW要充分考虑到界面的可操作性,是否人性化,是否美观的因素。SW的测试非常复杂,名目繁多,SW的测试不仅只是在寻找Bug,一致性的测试、兼容性的测试等都是非常重要的项目,在目前“内容为主”的信息时代,软件才是手机的最终幕后支柱,硬件的驱动是软件来实现,软件和硬件的工程师之间的冲突相信是不会比其它部门少,这种关系的绕来绕去,所以便需要有PM(Project Management)项目管理来协调了。
5、PM(Project Management)项目管理
大规模公司的PM都分得非常细致,比如TPM (Technologly Of Project Management),即专门管技术的PM,而普通的PM,只管理项目的进度各协调工作,PM这个部门通常存在于那些自己设计,自己生产,自己销售手机的公司,AM(Account Manager)的职位恐怕大家都不陌生,作为客户经理,对公司内部是代表客户提出要求,对外则代表公司的整体形象,在两者之间起着不可或缺的桥梁作用。
6、Sourcing资源开发部
资源开发部的员工要不停地去挖掘新的资源,如新材质、新的手机组件、测试器材等,当手机开始试产时,他们要保证生产线上所需要的所有生产物料齐备。
手机进行小批量试生产,考察的不仅是软/硬件的成熟度,还包括考察生产工艺和生产的测试技术,有些手机在进行到这个阶段时,却通过不了这一关的话,最后是以失败告终。于是这款新设计的手机便不会出现在市场上了,而投入的开发资金和人力却付之流水,是一个极大的损失。
7、QA(Quality Assurance)质量监督
QA部门负担起整个流程质量保证的工作,督促开发过程是否符合预定的流程,保证项目的可生产性,有很多新设计的手机,就因为碰上了不可生产的某种因素而放弃了。
生产一部手机不是在实验室内做实验那么简单,一旦生产就是成千上万部,要保证每一部产品的优质绝非一件简单容易的事。生产一部手机的样品和生产10万部手机完全是两码子事。
举例:中国的菜馆出的都是样品,麦当劳做的是产品,所以麦当劳可以做得很大,而且到目前为止,中国的菜馆暂时还没有做到像麦当劳的规模是事实,所以手机设计公司才会建立起很多流程来防止出现设计研制出来的手机却不能投入生产的情况。
不仅如此,一款手机的成功上市,能够卖个满堂红,仍然是需要与大众手机用户有亲密的接触,并且经过用户的反馈以及快速的改善才能成功。
二、鲜为人知的手机测试项目
1、压力测试
用自动测试软件连续对手机拨打1000个电话,检查手机是否会发生故障。倘若出了问题,有关的软件就需要重新编写了。所以有时候手机上会出现不同的软件版本存在的情况,其实告诉大家一个秘密,手机的版本越多,这可以证明该手机在推出发售前,未经过充分的测试工作便发售了。
2、抗摔性测试
抗摔性测试是由专门的Pprt可靠性实验室来进行,0.5m的微跌落测试要做300次/面(手机有六个面)。而2m的跌落测试每个面需各做一次,还仿真人把手机抛到桌面,而手机所用的电池,也要经过最少4m的高度,单独的向着地面撞击跌落100次而不能有破裂的情况出现。
3、高/低温测试
让手机处于不同温度环境下测试手机的适应性,低温一般在零下20摄氏度,高温则在80摄氏度左右。
4、高湿度测试
用一个专门的柜子来作滴水测试,仿真人出汗的情况(水内渗入一定比例的盐分),约需进行30个小时。
5、百格测试(又称界豆腐测试)
用H4硬度的铅笔在手机外壳上画100格子,看看手机的外壳是否会掉下油漆,有些要求更严格的手机,会在手机的外壳上再涂抹上一些“名牌”的化妆品,看看是否因有不同的化学成分而将手机的油漆产生异味或者掉漆的可能。
6、翻盖可靠性测试
对翻盖手机进行翻盖10万次,检查手机壳体的损耗情况,是用一部翻盖的仿真机来进行,它可以设置翻盖的力度、角度等
7、扭矩测试
直机用夹具夹住两头,一个往左拧,一个往右拧。扭矩测试主要是考验手机壳体和手机内面大型器件的强度。
8、静电测试
在北方地区,天气较为干燥,手摸金属的东西容易产生静电,会引致击穿手机的电路,有些设计不好的手机就是这么样突然损坏了。进行这种测试的工具,是一个被称为“静电枪”的铜板,静电枪会调较到10-15KV的高压低电流的状况,对手机的所有金属接触点进行放电的击试,时间约为300ms-2s左右,并在一间有湿度控制的房间内进行,而有关的充电器(火牛)也会有同样的测试,合格才能出厂发售。
9、按键寿命测试
借助机器以给设定的力量对键盘击打10万次,假使用户每按键100次,就是1000天,相当于用户使用手机三年左右的时间。
10、沙尘测试
将手机放入特定的箱子内,细小的沙子被吹风机鼓吹起来,经过约三小时后,打开手机并察看手机内部是否有沙子进入。如果有,那么手机的密闭性设计不够好,其结构设计有待重新调整。
此外,手机的测试还包含了更多更离奇的测项目,比如把手机放在铁板上打电话加以测试,由于此时磁场发生了变化,什么情况都会发生,例如寻找不到SIM卡等。
用铁丝在手机底部连接器内拨来拨去,主要是要考虑到手袋内有锁匙的情况下,是否会令手机出现短路的问题。
还有故意把充电器/电池反接测试,看看手机的保护电路设计是否能正常运作,靠近日光灯打电话的测试,人体吸收电磁波比例的测试,以及靠近心脏起博器打电话的测试等等,上述所提及的各种测试都是不可少的。
流式细胞计是对细胞进行自动分析和分选的装置。它可以快速测量、存贮、显示悬浮在液体中的分散细胞的一系列重要的生物物理、生物化学方面的特征参量,并可以根据预选的参量范围把指定的细胞亚群从中分选出来。多数流式细胞计是一种零分辨率的仪器,它只能测量一个细胞的诸如总核酸量,总蛋白量等指标,而不能鉴别和测出某一特定部位的核酸或蛋白的多少。也就是说,它的细节 分辨率为零。国外又把流式细胞计称作荧光激活细胞分选器(Flu-orescence Activated CellSorter,FACS)。美国Becton—Dickinson 公司生产的流式细胞计系列均冠以FACS字头。目前中国国内使用的仪器多为美国、西欧及日本等国的产品,国内有些单位也已研制成功,但尚无定型产品面市。
流式细胞计的基本结构流式细胞计组成
它们是:流动室和液流系统;激光源和光学系统;光电管和检测系统;计算机和分析系统。
⑴流动室和液流系统:流动室由样品管、鞘液管和喷嘴等组成,常用光学玻璃、石英等透明、稳定的材料制作。设计和制作均很精细,是液流系统的心脏。样品管贮放样品,单个细胞悬液在液流压力作用下从样品管射出;鞘液由鞘液管从四周流向喷孔,包围在样品外周后从喷嘴射出。为了保证液流是稳液,一般限制液流速度υ<10m/s。由于鞘液的作用,被检测细胞被限制在液流的轴线上。流动室上装有压电晶体,受到振荡信号可发生振动。
⑵激光源和光学系统:经特异荧光染色的细胞需要合适的光源照射激发才能发出荧光供收集检测。常用的光源有弧光灯和激光;激光器又以氩离子激光器为普遍,也有配和氪离子激光器或染料激光器。光源的选择主要根据被激发物质的激发光谱而定。汞灯是最常用的弧光灯,其发射光谱大部分集中于300~400nm,很适合需要用紫外光激发的场合。氩离子激光器的发射光谱中,绿光514nm和蓝光488nm的谱线最强,约占总光强的80%;氪离子激光器光谱多集中在可见光部分,以647nm较强。免疫学上使用的一些荧光染料激发光波长在550nm以上,可使用染料激光器。将有机染料做为激光器泵浦的一种成份,可使原激光器的光谱发生改变以适应需要即构成染料激光器。例如用氩离子激光器的绿光泵浦含有Rhodamine 6G水溶液的染料激光器,则可得到550~650nm连续可调的激光,尤在590nm处转换效率最高,约可占到一半。为使细胞得到均匀照射,并提高分辨率,照射到细胞上的激光光斑直径应和细胞直径相近。因此需将激光光束经透镜会聚。光斑直径d可由下式确定:d=4λf/πD。λ为激光波长;f为透镜焦距;D为激光束直径。色散棱镜用来选择激光的波长,调整反射镜的角度使调谐到所需要的波长λ。为了进一步使检测的发射荧光更强,并提高荧光讯号的信噪比,在光路中还使用了多种滤片。带阻或带通滤片是有选择性地使某一滤长区段的光线滤除或通过。例如使用525nm带通滤片只允许FITC(Fluoresceinisothiocyanate,异硫氰荧光素)发射的525nm绿光通过。长波通过二向色性反射镜只允许某一波长以上的光线通过而将此波长以下的另一特定波长的光线反射。在免疫分析中常要同时探测两种以上的波长的荧光信号,就采用二向色性反射镜,或二向色性分光器,来有效地将各种荧光分开。
⑶光电管和检测系统:经荧光染色的细胞受合适的光激发后所产生的荧光是通过光电转换器转变成电信号而进行测量的。光电倍增管(PMT)最为常用。PMT的响应时间短,仅为ns数量级;光谱响应特性好,在200~900nm的光谱区,光量子产额都比较高。光电倍增管的增益从10到10可连续调节 ,因此对弱光测量十分有利。光电管运行时特别要注意稳定性问题,工作电压要十分稳定,工作电流及功率不能太大。一般功耗低于0.5W;最大阳极电流在几个毫安。此外要注意对光电管进行暗适应处理,并注意良好的磁屏蔽。在使用中还要注意安装位置不同的PMT,因为光谱响应特性不同,不宜互换。也有用硅光电二极管的,它在强光下稳定性比PMT好。
从PMT输出的电信号仍然较弱,需要经过放大后才能输入分析仪器。流式细胞计中一般备有两类放大器。一类是输出信号辐度与输入信号成线性关系,称为线性放大器。线性放大器适用于在较小范围内变化的信号以及代表生物学线性过程的信号,例DNA测量等。另一类是对数放大器,输出信号和输入信号之间成常用对数关系。在免疫学测量中常使用对数放大器。因为在免疫分析时常要同时显示阴性、阳性和强阳性三个亚群,它们的荧光强度相差1~2个数量级;而且在多色免疫荧光测量中,用对数放大器采集数据易于解释。此外还有调节 便利、细胞群体分布形状不易受外界工作条件影响等优点。
⑷计算机和分析系统:经放大后的电信号被送往计算机分析器。多道的道数是和电信号的脉冲高度相对应的,也是和光信号的强弱相关的。对应道数年纵坐标通常代表发出该信号的细胞相对数目。多道分析器出来的信号再经模-数转换器输往微机处理器编成数据文件,或存贮于计算机的硬盘和软盘上,或存于仪器内以备调用。计算机的存贮容量较大,可存贮同一细胞的6~8个参数。存贮于计算机内的数据可以在实测后脱机重现,进行数据处理和分析,最后给出结果。除上述四个主要部分外,还备有电源及压缩气体等附加装置。
参数测量、样品分选及数据处理
⑴参数测量原理:流式细胞计可同时进行多参数测量,信息主要来自特异性荧光信号及非荧光散射信号。测量是在测量区进行的,所谓测量区就是照射激光束和喷出喷孔的液流束垂直相交点。液流中央的单个细胞通过测量区时,受到激光照射会向立体角为2π的整个空间散射光线,散射光的波长和入射光的波长相同。散射光的强度及其空间分布与细胞的大小、形态、质膜和细胞内部结构密切相关,因为这些生物学参数又和细胞对光线的反射、折射等光学特性有关。未遭受任何损坏的细胞对光线都具有特征性的散射,因此可利用不同的散射光信号对不经染色活细胞进行分析和分选。经过固定的和染色处理的细胞由于光学性质的改变,其散射光信号当然不同于活细胞。散射光不仅与作为散射中心的细胞的参数相关,还跟散射角、及收集散射光线的立体角等非生物因素有关。
在流式细胞术测量中,常用的是两种散射方向的散射光测量:①前向角(即0角)散射(FSC);②侧向散射(SSC),又称90角散射。这时所说的角度指的是激光束照射方向与收集散射光信号的光电倍增管轴向方向之间大致所成的角度。一般说来,前向角散射光的强度与细胞的大小有关,对同种细胞群体随着细胞截面积的增大而增大;对球形活细胞经实验表明在小立体角范围内基本上和截面积大小成线性关系;对于形状复杂具有取向性的细胞则可能差异很大,尤其需要注意。侧向散射光的测量主要用来获取有关细胞内部精细结构的颗粒性质的有关信息。侧向散射光虽然也与细胞的形状和大小有关,但它对细胞膜、胞质、核膜的折射率更为敏感,也能对细胞质内较大颗粒给出灵敏反映。
在实际使用中,仪器首先要对光散射信号进行测量。当光散射分析与荧光探针联合使用时,可鉴别出样品中被染色和未被染色细胞。光散射测量最有效的用途是从非均一的群体中鉴别出某些亚群。
荧光信号主要包括两部分:①自发荧光,即不经荧光染色细胞内部的荧光分子经光照射后所发出的荧光;②特征荧光,即由细胞经染色结合上的荧光染料受光照而发出的荧光,其荧光强度较弱,波长也与照射激光不同。自发荧光信号为噪声信号,在多数情况下会干扰对特异荧光信号的分辨和测量。在免疫细胞化学等测量中,对于结合水平不高的荧光抗体来说,如何提高信噪比是个关键。一般说来,细胞成分中能够产生的自发荧光的分子(例核黄素、细胞色素等)的含量越高,自发荧光越强;培养细胞中死细胞/活细胞比例越高,自发荧光越强;细胞样品中所含亮细胞的比例越高,自发荧光越强。
减少自发荧光干扰、提高信噪比的主要措施是:①尽量选用较亮的荧光染料;②选用适宜的激光和滤片光学系统;③采用电子补偿电路,将自发荧光的本底贡献予以补偿。
⑵样品分选原理:流式细胞计的分选功能是由细胞分选器来完成的。总的过程是:由喷嘴射出的液柱被分割成一连串的小水滴,根据选定的某个参数由逻辑电路判明是否将被分选,而后由充电电路对选定细胞液滴充电,带电液滴携带细胞通过静电场而发生偏转,落入收集器中;其它液体被当作废液抽吸掉,某些类型的仪器也有采用捕获管来进行分选的。
稳定的小液滴是由流动室上的压电晶体在几十KHz的电信号作用下发生振动而迫使液流均匀断裂而形成的。一般液滴间距约距约数百μm。实验经验公式f=v/4.5d给出形成稳定水滴的振荡信号频率。其中v是液流速度,d为喷孔直径。由此可知使用不同孔径的喷孔及改变液流速度,可能会改变分选效果。使分选的含细胞液滴在静电场中的偏转是由充电电路和偏转板共同完成的。充电电压一般选+150V,或-150V;偏转板间的电位差为数千伏。充电电路中的充电脉冲发生器是由逻辑电路控制的,因此从参数测定经逻辑选择再到脉冲充电需要一段延迟时间,一般为数十ms。精确测定延迟时间是决定分选质量的关键,仪器多采用移位寄存器数字电路来产生延迟。可根据具体要求予以适当调整。
(50)数据处理原理:FCM的数据处理主要包括数据的显示和分析,至于对仪器给出的结果如何解释则随所要解决的具体问题而定。
①数据显示:FCM的数据显示方式包括单参数直方图(histogram)、二维点图(dot plot)、二维等高图(contour )、假三维图(pseudo 3D)和列表模式(list mode)等。
直方图是一维数据用昨最多的图形显示形式,既可用于定性分析,又可用于定量分析,形同一般X—Y平面描图仪给出的曲线。根据选择放大器类型不同,横坐标可以是线性标度或对数标度,用“道数”(Channel No .)来表示,实质上是所测的荧光或散射光的强度。纵坐标一般表示的是细胞的相对数。图10-2给出的是直方图形式。只能显示一个参数与细胞之间的关系是它的局限性。
二维点图能够显示两个独立参数与细胞相对数之间的关系。横坐标和纵坐标分别为与细胞有关的两个独立参数,平面上每一个点表示同时具有相应坐标植的细胞存在(图10-3)。可以由二维点图得到两个一维直方图,但是由于兼并现象存在,二维点图的信息量要大于二个一维直方图的信息量。所谓兼并就是说多个细胞具有相同的二维坐标在图上只表现为一个点,这样对细胞点密集的地方就难于显示它的精细结构。
二维等高图类似于地图上的等高线表示法。它是为了克服二维点图的不足而设置的显示方法。等高图上每一条连续曲线上具有相同的细胞相对或绝对数,即“等高”。曲线层次越高所代表的细胞数愈多。一般层次所表示的细胞数间隔是相等的,因此等高线越密集则表示变化率越大,等高线越疏则表示变化平衡。图10-4给出了二维等高图的样式。
假三维图是利用计算机技术对二维等高图的一种视觉直观的表现方法。它把原二维图中的隐坐标—细胞数同时显现,但参数维图可以通过旋转、倾斜等操作,以便多方位的观察“山峰”和“谷地”的结构和细节 ,这无疑是有助于对数据进行分析的。图10-5为假三维图的示意图。
列表模式其实只是多参数数据文件的一种计算机存贮方式,三个以上的参数数据显示是用多个直方图、二维图和假三维图来完成的。可用List Mode中的特殊技术,开窗或用游标调出相关部分再改变维数进行显示。例如,“一调二”就是在一维图上调出二维图来;“二调一”就是从二维图中调出一维图来。图10-6给出了从二维图等高图中调出相应窗口的直方图的示意图。
上面简要地介绍了几种数据显示形式,在实际应用中,可根据需要选择匹配,以便了解和获得尽可能多的有用信息。
②数据分析:数据分析的方法总的可分为参数方法和非参数方法两大类。当被检测的生物学系统能够用某种数学模型技术时则多使用参数方法。数学模型可以是一个方程或方程组,方程的参数产生所需要的信息来自所测的数据。例如在测定老鼠精子的DNA含量时,可以获取细胞频数的尖锐波形分布。如果采用正态分布函数来描述这些数据,则参数即为面积、平均值和标准偏差。方程的数据拟合则通常使用最小二乘法。而非参数分析法对测量得到的分布形状不需要做任何假设,即采用无设定参数分析法。分析程序可以很简单,只需要直观观测频数分布;也可能很复杂,要对两个或多个直方图逐道地进行比较。
逐点描图(或用手工,或用描图仪、计算机系统)是大家常用的数据分析的重要手段。我们常可以用来了解数据的特性、寻找那些不曾预料的特异征兆、选择统计分析的模型、显示最终结果等。事实上,不经过先对数据进行直观观察分析就决不应该对这批数据进行数值分析。从这一点来看,非参数分析是参数分析的基础。
逐道比较工作量较大,但用直观法很容易发现明显的差异,特别是对照组和测试组。考虑到FCM的可靠性,要注意到对每组测量,都要有对照组,对照组可以是空白对照组、阴性对照组、或零时刻对照组等,具体设置应根据整体实验要求而定。对照组和测试组的逐道比较往往可以减少许多不必要的误差和错误解释。顺便指出,进行比较时对曲线的总细胞数进行归一化处理,甚至对两条曲线逐道相减而得到“差结果曲线”往往是适宜的。
因为数据分析往往和结果解释关系十分密切,也就是说和生物学背景相关,因此具体的分析法和原理将在后面结合实例再介绍。
流式细胞计的技术参数 为了表征仪器性能
往往根据使用目的和要求而提出几个技术参数或指标来定量说明。对于流式细胞计常用的技术指标有荧光分辨率、荧光灵敏度、适用样品浓度、分选纯度、可分析测量参数等。
⑴荧光分辨率:强度一定的荧光在测量时是在一定道址上的一个正态分布的峰,荧光分辨率是指两相邻的峰可分辨的最小间隔。通常用变异系数(C.V值)来表示。C.V的定义式为:
C.V=σ/μ
式中,σ为标准偏差,μ是平均值。
在实际应用中,我们使用挖关系式σ=0.423FWHM;其中FWHM为峰在峰高一半处的峰宽值。目前仪器的荧光分辨率均优于2.0%。
⑵荧光灵敏度:反映仪器所能探测的最小荧光光强的大小。一般用荧光微球上所标可测出的FITC(fluorescein isothiocyanate 异硫氰基荧光素)的最少分子数来表示。目前仪器均可达到1000左右。
⑶分析速度/分选速度:仪器每秒种可分析/分选的数目。一般分析速度为5000~10000;分选速度掌握在1000以下。
⑷样品浓度:主要给出仪器工作时样品浓度的适用范围。一般在1010细胞/ml的数量级。
其它技术参数尚多,不再一一介绍。
流式细胞计的调试和使用
古语说:“工欲善其事,必先利其器”。要想很好地应用流式细胞分析和分选技术,必需先对仪器进行调试,使其处于良好的工作状态,并能正确使用仪器。下面简要介绍细胞计的调试项目及要点、使用的程序等等。
⑴调试和校准:流式细胞计在使用前,甚至在使用过程中都要精心进行调试,以保证工作的可靠性和最佳性。调试的项目主要是激光强度、液流速度和测量区的光路等。
激光强度:除调整反射镜的角度以调整到所需波长的激光出光外,还要结合显示屏上的光谱曲线使激光的强度输出为最大。
液流速度:可通过操作台数字显示监督,调节 气体压力大小以获得稳定的液流速度。
测量区光路调节 :这是调试工作的关键。需要保证在测量区的液流、激光束、90散射测量光电系统垂直正交,而且交点较小。一般可在用标准荧光微球等校准中完成。
流式细胞术中所测得的量是相对值,因此需要在使用前或使用中对系统进行校准或标定,这样才能通过相对测量获得绝对的意义。因而FCM中的校准具有双重功能:仪器的准直调整和定量标度。标准样品应该稳定,有形成份形状应是大小比较一致球形,样品分散性能良好,且经济、容易获得。常用标准荧光微球作为非生物学标准样品,鸡血红细胞做为生物学标准样品。微球用树脂材料制作,或标有荧光素,或不标记荧光素。Flow Cytometry Stands公司可提供荧光强度药盒,在免疫实验中可用来作为定量荧光标准来测定每个细胞所标记的抗原位点数目。所用的鸡血红细胞标准样品制作过程昭下:取3.8%枸橼酸或肝素抗凝的鸡血(抗凝剂:鸡血=1:4),经PBS清洗3次,再用5~10ml的1.0%戊二醛与清洗后的鸡红细胞混合,室温下振荡醛化24h,最后经PBS再清洗,贮4℃冰箱中备用。需要指出的是因为未经荧光染色,所测光信号为鸡血红蛋白的自发荧光。
⑵仪器的操作和使用:
①打开电源,对系统进行预热;
②打开气体阈,调节 压力,获得适宜的液流速度;开启光源冷却系统;
③在样品管中加入去离子水,冲洗液流的喷嘴系统;
④利用校准标准样品,调整仪器,使在激光功率、光电倍增管电压、放大器电路增益调定的基础上,0和90散射的荧光强度最强,并要求变异系数为最小;
⑤选定流速、测量细胞数、测量参数等,在同样的工作条件下测量样品和对照样品;同时选择计算机屏上数据的显示方式,从而能直观掌握测量进程;
⑥样品测量完毕后,再用去离子水冲洗液流系统;
⑦因为实验数据已存入计算机硬盘(有的机器还备有光盘系统,存贮量更大),因此可关闭气体、测量装置,而单独使用计算机进行数据处理;
⑧将所需结果打印出来。
在操作和使用中一定要注意如下事项:
1)光电倍增管要求稳定的工作条件,暴露的较强的光线下以后,需要较长时间的“暗适应”以消除或降低部分暗电流本底才能工作;另外还要注意磁屏蔽;
2)光源不得在短时间内(一般要1h左右)关上又打开;使用光源必须预热并注意冷却系统工作是否正常;
3)液流系统必需随时保持液流畅通,避免气泡栓塞,所使用的鞘流液使用前要经过过滤、消毒;
4)注意根据测量对象的变换选用合适的滤片系统、放大器的类型等;
5)特别强度每次测量都需要对照组。
试述流式细胞术(FCM)的工作原理及其特点。
同时,由于混合细胞群中细胞大小和胞内颗粒的多少会被激发而产生不同的散射光。在入射光束与液柱垂直方向有荧光检测系统和散射光感受系统,用于收集荧光信号,信号经光电倍增管转换成电压脉冲和积分脉冲,使信号放大。该信号进入计算机系统进行数据转换、储存、分析、处理,按不同的检测设计采用相应软件程序对...
FCM什么意思
流式细胞术(Flow CytoMetry,FCM)是对悬液中的单细胞或其他生物粒子,通过检测标记的荧光信号,实现高速、逐一的细胞定量分析和分选的技术。延伸:其特点是通过快速测定库尔特电阻、荧光、光散射和光吸收来定量测定细胞 DNA含量、细胞体积、蛋白质含量、酶活性、细胞膜受体和表面抗原等许多重要参数。根据这些...
流式细胞分析术的工作原理
流式细胞分析术的工作原理 我来答 1个回答 #热议# 《请回答2021》瓜分百万奖金 热恋agZX 2016-06-02 · TA获得超过159个赞 知道答主 回答量:191 采纳率:100% 帮助的人:75.8万 我也去答题访问个人页 关注 展开全部 流式细胞计是对细胞进行自动分析和分选的装置。它可以快速测量、存贮、...
流式细胞术,你这磨人的小妖精
流式细胞术(Flow Cytometry ,FCM)是一种对液流中排成单列的细胞或其它生物微粒逐个进行快速定量分析和分选的技术。一、小妖精的成仙之路 二、样本类型 流式细胞仪可检测多种样本:外周血、骨髓、细胞穿刺液、洗脱液、实体组织、培养细胞、微生物。三、工作原理 流式细胞仪主要由3部分组成:液流系统...
流式细胞术原理
流式细胞术是利用流式细胞仪对于处在快速直线流动状态中的细胞或生物颗粒同时进行多参数、快速定量分析和分选的高新技术。其特点是:第一,只要样本制备成单个细胞或生物颗粒悬液均可以分析。第二,测量速度快,每秒中可以测量数千个乃至数万个细胞。第三,同时测量每个细胞的多参数特征。第四,在进行细胞...
流式细胞仪的原理流式细胞仪的原理是什么
1、最近一直在了解流式细胞术和流式分选的知识,看到这个问题想回答一下:流式细胞仪是以流式细胞术为基础,快速精确的对单个细胞的理化性质进行定量分析和分选。2、分析流程为:制备单细胞悬液,用特异性荧光染料标记的抗体进行染色,经染色后的待测细胞在一定气体压力下被压入流动室,在鞘液的包裹下...
流式细胞术基本原理与实用技术内容简介
书中还深入剖析了细胞内或核内抗原的检测,这对于理解细胞的免疫反应和疾病状态至关重要。细胞凋亡、DNA含量与细胞周期的分析,帮助我们揭示细胞生命周期的动态变化。细胞增殖和细胞毒作用的测量,有助于疾病治疗和药物研究。此外,流式细胞术还可用于检测可溶性蛋白质分子,这是评估细胞功能和疾病进展的关键...
流式细胞技术基本概念
流式细胞仪的基本结构包括传感系统(样本递送、样品池、检测系统等)、计算机系统,以及电路、光路和水路系统(电源、光学传导、滤片、鞘液循环等)。工作原理是让标记的细胞逐个通过样品池,激光探测荧光信号并转换成前向散射角、侧向散射角和荧光强度的电脉冲,计算机处理这些信号以形成分析图像,如点图、...
流式细胞术的作用原理
流式细胞术(Flow Cytometry, FCM)是一种在功能水平上对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段,它可以高速分析上万个细胞,并能同时从一个细胞中测得多个参数,与传统的荧光镜检查相比,具有速度快、精度高、准确性好等优点。将待测细胞染色后制成单细胞悬液。用一定压力将待测样品压入...
cd11b cd11c 流式标记什么细胞
流式细胞术是一种快速且多参数的细胞分析技术,它通过流式细胞仪对细胞进行精确测量和分选。其中,CD11B标记主要覆盖了单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞以及NK细胞等;而CD11C标记则适用于树突细胞、单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等。这个标记系统帮助科学家们识别和研究这些关键的免疫细胞类型。流式细胞...
仪裕盐酸:[答案] (1)G1→S→G2→M (2)胰蛋白酶 (3)2c~4c 4c 2c (4)1.53 (5)图“略”(细胞形态、纺锤体,染色体、基因需标注正确)
武邑县17570463146: 流式细胞仪的原理是什么? - ?
仪裕盐酸: 流式细胞仪(flow cytometer,FCM)是进行流式细胞分析的仪器,它集电子技术、计算机技术、激光技术、流体理论、细胞荧光化学技术及单克隆抗体技术于一体,被誉为实验室的“CT”. 流式细胞术则是一种在功能水平上对单个细胞或其他生物粒子进行多参数、快速的定量分析和分选的检测技术,它可以高速分析上万个细胞,并能同时从一个细胞中测得多个参数,具有速度快、精度高、准确性好的优点,是当代最先进的细胞定量分析技术.自1969年第1台流式细胞仪问世,流式细胞术已经发展成为日益完善的细胞分选和分析技术. 生物帮上面有更加详细的介绍,sds-page视频 http://v.bio1000.com/show-844.html
武邑县17570463146: 流式细胞术(FCM)可用于测定细胞周期各时期细胞的百分比.其主要原理是应用能与DNA结合的荧光探针,通过测定细胞群体中每个细胞的DNA含量,得出... - ?
仪裕盐酸:[答案] (1)一个细胞周期包括分裂间期和分裂期(M期),其中分裂间期包含G1、S、G2,分裂间期在前,则一个完整的细胞周期:G1→S→G2→M. (2)可以采用胰蛋白酶或者胶原蛋白酶处理使细胞分散开来,再配制成细胞悬浮液. (3)DNA含量为2c的处于G...
武邑县17570463146: 流式细胞仪的原理和操作过程 - ?
仪裕盐酸: 原理: 流式细胞仪可同时进行多参数测量,信息主要来自特异性荧光信号及非荧光散射信号.测量是在测量区进行的,所谓测量区就是照射激光束和喷出喷孔的液流束垂直相交点.液流中央的单个细胞通过测量区时,受到激光照射会向立体角...
武邑县17570463146: 医学常识中流式细胞仪的基本工作原理是什么?医学常识中流式细胞仪的 ?
仪裕盐酸: 按检测需要标记了特异性荧光染料的单细胞和鞘液,分别经硅化管进入流式室,形成鞘液包裹细胞悬液的稳态单细胞液柱.该液柱以稳定的层流形式通过喷嘴高速射下,液柱与水平方向的高度聚焦的激光束垂直相交,单个细胞上标记的荧光染料在通过激光光斑时被激发而产生特异性荧光.同时,由于混合细胞群中细胞大小和胞内颗粒的多少会被激发而产生不同的散射光.仪器有荧光检测系统和散射光感受系统,用于收集荧光信号和散射光信号.被接受的光电信号转换成电压脉冲和积分脉冲,使信号放大,该信号进入计算机系统进行数据转换、分析、处理.
武邑县17570463146: 请问流式细胞仪检测细胞凋亡的原理是什么? - ?
仪裕盐酸: 一、原理 在正常细胞中,磷脂酰丝氨酸(PS)只分布在细胞膜脂质双层的内侧,而在细胞凋亡早期,细胞膜中的磷脂酰丝氨酸(PS)由脂膜内侧翻向外侧.Annexin V是一种分子量为35~36kD的Ca2+依赖性磷脂结合蛋白,与磷脂酰丝氨酸有高...
武邑县17570463146: 流式细胞术的原理在哪些检验仪器或技术平台中还有应用 - ?
仪裕盐酸: 血细胞分析仪和尿沉渣分析仪都有应用,可以形成连续的单细胞液柱,对每一个细胞逐个分析
武邑县17570463146: 请教流式细胞术PI染色进行细胞周期分析的原理 - ?
仪裕盐酸: 博凌科为解答:PI ,即碘化丙锭,可以与细胞内DNA 和RNA 结 合,采用RNA 抑制剂将RNA 消化后,通过流式细胞术检测 到的与DNA 结合的PI 的荧光强度直接反映了细胞内DNA 含量的多少.由于细胞周期各时相的DNA 含量不同,通常 正常...