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光学元件与血液诊断发展

血液能确保人体具有正确的机能、保持健康,并维护构成人体的细胞、组织与器官。现代诊断设备(例如流式细胞分析仪、细胞分选仪和显微镜)的发展有助于发现并治疗包括白血病、镰状细胞疾病和贫血在内的血液疾病。如果没有光学元件在过去二十年中的巨大进步,这些发展就不可能实现。光学组件(例如高端光学滤光片镀膜多元件物镜)的发展极大地促进了针对血液学以及影响血液的疾病诊疗进行的研究与探索。

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血液疾病

以下列出了由先进的诊断技术(例如流式细胞术)检测到的常见血液疾病。凭借光学元件的发展,可以更轻松地检测和治疗这些疾病,由此使医疗技术与设备更加快速、便携和易于使用。

图1: 血液疾病图表

白血病

白血病也称为血癌,是一种恶性渐进式疾病,患者的骨髓与其他造血区域会产生不正常或不成熟的白血球,这会对血浆血浆是血液的主要液体成分,人们通常将其视为将红血球、白血球与血小板结合在一起的载体或基质。血浆中包含大约95%的水,这些水占人体血液总量的一半稍多。血浆的其余部分是各种蛋白质、糖、凝血元素与各种电解质的混合物。中产生正常健康的血球产生抑制作用。

地中海贫血

该血液疾病是指在红血球(主要负责将氧输送到全身)中,含血红蛋白在红血球(主要负责将氧输送到全身)中含铁的蛋白质。氧将输送到全身的重要组织与器官,以便完成对人体正常机能至关重要的代谢过程。 铁的蛋白质形式异常。氧将输送到全身的重要组织与器官,以便完成对人体正常机能至关重要的代谢过程。此疾病会导致疲劳、骨骼问题、脾肿大、新生儿黄疸病以及儿童发育缓慢。

诊断技术

为了查看、诊断与治疗血液及其他体液疾病,人们使用了许多技术与方法。最常用的技术包括流式细胞术、细胞分选、微流控光学与显微镜。

流式细胞术

一种分析液体悬浮液中颗粒的物理和化学特性的强大技术。当颗粒流过激光束时,前向和侧向散射光信号被收集起来,以此获得定性和定量数据。

细胞分选

荧光激活细胞分选术(FACS)是流式细胞术的一个特别的分支,它可以将一组异质的细胞分到不同的容器中,一次一个细胞。 这种技术利用光散射和荧光原理,以及细胞特征的不同来进行分类。

光流控技术

这是一种将微流体与光学相结合的技术。主要应用包括液晶显示器,能源和光学镜头,而创业公司主要把它用在芯片实验室设备,生物传感器和分子成像系统上。

高通量筛选

这是一种强大的药物研发工艺,常用于制药领域。通常这是一个自动化的过程,可以更快地开发出新型药物,减少人为失误的风险。

显微镜

传统的光学显微镜用于查看组织学载片或准备好的细胞与样本。以共焦显微镜或多光子显微镜而著称的更高端显微镜采用多个激光器、扫描反射镜、电动促动器以及一系列高端检测器,以更好地了解细胞内活动或蛋白质之间的相互作用。

荧光激活细胞分选术 (FACS)

一种特定类型的流式细胞术,利用生物细胞的荧光与散射特性将细胞分选到单独的容器中。该方法用于在不均匀混合物中进行分离(每次分离一种成分)。

Diagnostic Techniques

技术示例:流式细胞术

流式细胞术是对血液与其他体液疾病进行检验与检测的主要技术。流式细胞分析仪由三个关键的子系统构成,分别是液流系统、电子检测系统与光学系统。

Flow Cytometry
图2: 典型的流式细胞分析仪设置

液流系统:流体动力学聚焦

用于定性测量的高流速:

  • 使用通过DNA测序或基因分型收集的唯一遗传信息,对生物体的表型进行表性分析或推断

用于更高分辨率的较低流速:

  • 细胞与DNA分析

电子检测系统

前向散射光: 轻微离轴的激光光束衍射光测量指标,可以检测指定尺寸范围内的颗粒

侧面散射光:任何细胞界面(此处折射率的变化与细胞复杂性及颗粒度成正比)的多数衍射与反射光的测量指标

设备

  • 光电倍增管 (PMT):用于检测由SSC与荧光产生的微弱信号
  • 光电二极管:不如PMT敏感,用于检测较强的FSC信号

光学系统

激发光学元件: 用于对激光光束进行整形与聚焦的激光器与透镜

发射光学元件: 用于会聚、散射的各种透镜,以及用于实现正确光路的反射镜、滤光片与分光镜

荧光团和光学滤光片以进行荧光显微

请详细了解荧光团与光学滤光片如何适用于荧光显微镜。

产品亮点

对于用于分析血液的许多高级诊断技术与技巧而言,光学元件至关重要。分光镜与各种类型的滤光片(例如带通、二向色性、长波通与短波通滤光片)只是运用最多的光学元件中的一少部分。

Bandpass Filters

带通滤光片

光学带通滤光片用于透射光谱的所需部分,同时阻止通带外的所有其他波长。

图3(左): 带通滤光片的透射图

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图4: 可以组合使用短波通滤光片与长波通滤光片,以创建定制带通滤光片
Shortpass Filters

短波通滤光片

光学短波通边缘滤光片用于透射短于特定截止波长的波长。

图5(左): 短波通滤光片的透射图

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Longpass Filters

长波通滤光片

光学长波通边缘滤光片的设计目的是透射大于滤光片特定导通波长的波长。

图6(左): 长波通滤光片的透射图

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Dichroic Filters

二向色性滤光片

二向色性滤光片可反射不需要的波长,同时透射光谱的所需部分。一些应用需要此效果,因为可以根据波长将光线分离到两条光路中。

图7(右): 二向色性滤光片的透射图

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Beamsplitters

分光镜

分光镜是用于将入射光分割到两条不同光路的光学组件。与二向色性滤光片不同,分光镜将入射光线分割到两条光路中的依据不是波长,而是定义的反射/透射比率(例如50/50或70/30)。

图8(左): 此平板分光镜将入射光分割到两条不同光路中

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Stephan Briggs

爱特蒙特光学®的血液诊断愿景

  • 设计并制造光学元件以改善全球的血液健康状况
  • 推动光学系统的发展,以正确诊断全球范围内遭忽视的与新生的血液疾病(例如贫血、白血病、镰状细胞疾病、骨髓瘤、地中海贫血、真性红细胞增多症以及血友病)
  • 为内科医生、血液病学家、护士或技师带来易于使用的光学设备,以便按下按钮即可快速准确地进行诊断
  • 研发创新的光学组件,以发展供无法享受现代医疗保健的贫困地区或群体使用的医疗站设备
  • 推动非侵入性光学诊断技术,以减轻血液疾病为一般健康带来的全球负担
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--Stephan Briggs, 生物医学工程师和高级诊断专家

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