Lampeggio e voi mancanza: Unicellulari di rappresentazione che viaggiano alla velocità di Usain Bolt

La precisione e l'accuratezza con cui gli unicellulari possono essere analizzati e manipolati notevolmente è stata migliorata negli ultimi anni tramite lo sviluppo adi citometria a flusso basata microfluidic.

Malgrado la sua sensibilità, la citometria a flusso microfluidic è limitata da capacità di lavorazione bassa e da risoluzione spaziale difficile. La ricerca recente ha tentato di rivoluzionare le tecniche di rappresentazione microfluidic di citometria a flusso per indirizzare queste limitazioni. Ciò ha provocato lo sviluppo di nuove piattaforme che combinano l'alta capacità di lavorazione offerta da citometria a flusso convenzionale con la risoluzione spaziale di microscopia ottica.

Ora, un esame dagli scienziati all'istituto per il prodotto chimico e la bioingegneria ha riassunto la ricerca recente sullo sviluppo dell'analisi unicellulare di ultra-alto-capacità di lavorazione e degli strumenti multi-parametrici della rappresentazione.

Gli autori riassumono parecchi mezzi microfluidic di cella-messa a fuoco e dettagliano le metodologie di rilevazione più avanzate; alle le tecniche basate a rivelatore di rappresentazione e vale a dire della macchina fotografica. L'esame è pubblicato da Stavrakis e dai colleghi nel numero speciale di biotecnologia analitica dell'opinione corrente del giornale in biotecnologia.

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Macchine fotografiche che possono battere il mosso

Il trattamento simultaneo di diverse celle o biomolecole dipende dalla capacità di mettere a fuoco le celle in un flusso unicellulare. Ciò permette che le celle siano isolate determinato ed imaged. Parecchie tecniche per la manipolazione del flusso della guaina, una parete di liquido tramite cui il campione è iniettato, hanno migliorato il posizionamento del flusso interno del campione. Questo flusso del campione alloggia le celle che sono studiate e li permette di essere collocati ottimamente per la rappresentazione.

Il movimento ad alta velocità delle celle all'interno del liquido della guaina è problematico poichè crea il mosso ottico del `', un mosso che circonda l'immagine dell'oggetto. I tentativi di eliminare il mosso ottico precedentemente hanno applicato le tecniche di flusso della rappresentazione. Queste tecniche hanno tentato di coppia la microscopia, che offre la buona risoluzione di immagine con citometria a flusso, che soffre da risoluzione spaziale difficile.

Tuttavia, la rappresentazione di flusso soffre dalle capacità di lavorazione del basso moderato e da un requisito fluido del volume della grande guaina. La ricerca corrente mette a fuoco invece sui metodi di citometria a flusso dell'accoppiamento con il microfluidics, offre i vantaggi di alto-capacità di lavorazione ed a basso volume.

Schonbrun et al., per esempio, ha compreso l'uso di una piattaforma microfabricated con le lenti a diffrazione generare la risoluzione di submicron e di ingrandimento. Gli sviluppi più recenti nella rappresentazione microfluidic di flusso sono riuscito a raggiungere ancora la maggior capacità di lavorazione, definita capacità di lavorazione ultraelevata.

Rane et al. ha dimostrato i mezzi di raggiungimento delle immagini senza mosso alle alte velocità con una capacità di lavorazione analitica 85 di   000 cells/s. Inoltre, potevano catturare le misure multi-parametriche (fluorescenza, luminoso-campo ed immagini multicolori del scuro-campo), che permette che le celle siano caratterizzate con accuratezza molto maggior.

Rivelatori fotoelettrici - mezzi superiori di acquisizione di immagine?

a metodi basati a macchina sono limitati tramite un rapporto tra la sensibilità e la velocità della rappresentazione. a piattaforme basate a rivelatore, tuttavia, offrono un itinerario alternativo per catturare gli eventi veloci. I metodi più recenti hanno concentrato sulla rappresentazione d'allungamento che migliora drammaticamente la sensibilità di immagine. Il tempo che allunga i metodi usa gli impulsi luminosi a banda larga di femto- ai picosecondi per schermare ogni biomolecola o cella in un campione.

La tecnica di rappresentazione di del tempo allungamento, in primo luogo sviluppata nella California, è stata raffinata più recentemente in Hong Kong da Tsia et al., di cui gli sforzi hanno provocato una tecnica di seconda generazione chiamata microscopia ottica di del tempo allungamento di asimmetrico-rilevazione (o ATOMO). l'Del tempo allungamento comprende otticamente codificare i fotogrammi di immagine negli impulsi ultraveloci del laser.

Il frame per secondo è determinato dalla tariffa di ripetizione del laser pulsato ultraveloce ed in modo dall'ATOMO permette alle velocità della rappresentazione di milioni di fotogrammi al secondo. Più ulteriormente, l'immagine codificata può essere ampliata. L'effetto combinato di ad alta velocità e della sensibilità elimina la compensazione video con ai i metodi basati a macchina.

I ricercatori in Hong Kong hanno catturato le immagini senza mosso delle celle che non hanno richiesto contrassegnando, una tecnica tipica di prevagliatura usata per ottenere le immagini ad alto contrasto. Il framerate di 105 cells/s lontano supera il framerate dei sensori tradizionali convenzionali, che forniscono i un-centesimi di quello.

La rappresentazione della fluorescenza delle celle è l'una misura parametrica delle celle che è più difficile da verificarsi. Richiede gli impulsi di radiazione elettromagnetica fuori dello spettro dell'indicatore luminoso visibile, quindi del tempo allungare dall'ATOMO è inadatto.

Tipicamente, gli impulsi minuscoli della fluorescenza sono letti lentamente con ai i metodi basati a macchina, producendo i diversi pixel; ciò limita la velocità della rappresentazione della fluorescenza. Diebold et al. recentemente ha affrontato l'emissione della rappresentazione della fluorescenza all'alta velocità. Ispirato dalle telecomunicazioni sistemi, essi ha sviluppato un modo generare le tariffe più veloci della lettura di immagine.

La tecnica, chiamata la rappresentazione della fluorescenza facendo uso di emissione radiofrequenza-etichettata (INCENDIO), induce la fluorescenza da ogni pixel ad essere codificata su una radiofrequenza differente. Ciò si presenta in un modo simile al modo in cui molti canali televisivi sono consegnati ad una TV via un collegare di segnale, o in quanto computer sono connessi ad un router del segnale. Ciò permette che la macchina fotografica individui una riga di fino a 200 pixel immediatamente. Una volta applicato a citometria a flusso, l'INCENDIO permette ad ogni cella di essere imaged ad ad alta definizione, a senza mosso'e nei colori multipli, permettendo che le maggiori informazioni di immagine siano riunite.

L'esame crea il progetto le loro speranze per l'applicazione di alto-capacità di lavorazione, la rappresentazione multi-parametrica, specificante:

Invitare che i cytometers di flusso della rappresentazione cominceranno a comprendere gli algoritmi di apprendimento automatico, in modo da tenere conto le analisi del alto-contenuto nelle applicazioni quali il delineamento di fenotipo delle cellule, la medicina personale e lo sviluppo della droga.„

Sources:

Stavrakis, S., et. al. (2019). High-throughput microfluidic imaging flow cytometry. Current Opinion in Biotechnology. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2018.08.002

Di Carlo, D. (2009). Inertial microfluidics. Lab on a Chip. https://doi.org/10.1039/b912547g

Schonbrun, E., et. al. (2012). Microfabricated multiple field of view imaging flow cytometry. Lab on a Chip. https://doi.org/ 10.1039/C1LC20843H

Rane, A. S., et. al. (2017). High-throughput multi-parametric imaging flow cytometry. Chem. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.08.005

Tsia, K. K., et. al. (2016). High-throughput time-stretch imaging flow cytometry for multi-class classification of phytoplankton. Optics Express. https://doi.org/10.1364/OE.24.028170

Diebold, E. D., et. al. (2013). Digitally synthesized beat frequency multiplexing for sub-millisecond fluorescence microscopy. Nature Photonics. https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.245

Hidaya Aliouche

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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