在流式細(xì)胞術(shù)操作中，熒光標(biāo)記的細(xì)胞通過足夠窄的的通道——能夠迫使細(xì)胞形成單一序列，逐個(gè)被光源照射，再通過對光信號的分析揭示有關(guān)單個(gè)細(xì)胞大小、DNA含量和其他參數(shù)的信息。

然而，該技術(shù)的一個(gè)問題是缺乏量化這些讀數(shù)變異程度的方法，或者無法了解給定儀器對相同細(xì)胞的重復(fù)測量可能返回的值范圍。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種流式細(xì)胞儀裝置，旨在幫助控制該技術(shù)中固有的一些讀數(shù)變異。

“流式細(xì)胞術(shù)是一項(xiàng)非常寶貴的技術(shù)，但由于缺乏適當(dāng)?shù)膶Σ淮_定性進(jìn)行量化的方法，使得對單細(xì)胞測量的信心仍然有限。”該項(xiàng)目研究人員在其發(fā)表于Lab on a Chip的論文中評論道，“評估不同儀器設(shè)計(jì)或操作參數(shù)，以改變測量重復(fù)性的方式影響測量的潛力，尤其具有挑戰(zhàn)性。”

NIST項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一個(gè)流式細(xì)胞儀平臺，粒子流量高達(dá)每秒100個(gè)或更高，該平臺在通道中相隔16毫米的兩個(gè)不同位點(diǎn)，對粒子進(jìn)行測量，每個(gè)位點(diǎn)測量2次，總共給出4個(gè)讀數(shù)，從而允許測量變異程度低至1%水平。

該流式細(xì)胞儀芯片大約寬25毫米、長50毫米。兩個(gè)明亮的藍(lán)色區(qū)域是流體中的粒子被激光照射形成。兩個(gè)區(qū)域中每個(gè)點(diǎn)的熒光輸出信號由右側(cè)的光纖連接傳輸。

除了控制流體動力學(xué)以便精確知道粒子從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間外，這種架構(gòu)還需要重新進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。

“其中一個(gè)挑戰(zhàn)是制造一個(gè)包含兩個(gè)相同區(qū)域的40 x 80微米的通道，用激光照射通過的粒子，并確保上游和下游方向進(jìn)行檢測的一對檢測器可以捕獲最大量的發(fā)射熒光。”NIST評論道。

該項(xiàng)目開發(fā)了先進(jìn)的波導(dǎo)，可最大限度地減少損耗并防止發(fā)射光擴(kuò)散，并研究使用不同的激光波長來揭示樣品的不同特性。

NIST的Matthew DiSalvo說：“我們對波導(dǎo)進(jìn)行了廣泛的修改，通過結(jié)合微透鏡和其他改進(jìn)來提高其靈敏度。我們認(rèn)為很快就能提供不確定性測量，同時(shí)還能匹配價(jià)值數(shù)十萬美元的商用單一測量系統(tǒng)的靈敏度。”

在另一項(xiàng)研究中，NIST在對隱藏在角落周圍的物體進(jìn)行成像的長期光學(xué)挑戰(zhàn)中又邁出了一步，這次使用的是亞毫米波長輻射。

非視距成像這一特定領(lǐng)域的現(xiàn)有研究包括使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解釋被遮擋物體返回的散斑圖案，并分析散射光中的光譜相關(guān)性以恢復(fù)被遮擋場景的高分辨率全息圖像。

NIST的新方法依賴于檢測更長亞毫米波長的信號，從300微米到1毫米。根據(jù)該項(xiàng)目，各種墻壁材料可以作為這些波長的部分反射鏡，反射而不是漫散射來自隱藏物體的輻射。

概念驗(yàn)證試驗(yàn)表明，這一原理可以在20分鐘內(nèi)對隱藏的場景進(jìn)行成像，但更大的探測器陣列和信號放大磷化銦晶體管可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作。

“這種方法最酷的地方在于它的簡單性。”NIST的Erich Grossman說，“沒有量子力學(xué)，沒有相對論，沒有低溫或任何奇特的東西。只有晶體管和一臺基本的電腦和鏡子。”

審核編輯 ：李倩