8 光学检测技术
重点：
流式细胞仪的组成和工作原理
光镊的组成和工作原理
8.1 流式细胞仪
组成部分
流液系统、光学系统、电子系统和分析系统，对有生物颗粒分选功能的，还有分选系统
流液系统
负责将细胞或生物颗粒按照单个流形式送入检测器
光学系统
使用几种激光对其进行照射，产生散射光和荧光
前向散射光小角度偏转，强度大，使用光电二极管检测，检测细胞大小
侧向散射光位于90°偏转，强度小，使用光电倍增管检测，检测细胞复杂度
荧光在经过偏光镜和滤光片后检测，强度小，使用光电倍增管检测，检测特定物质
产生荧光的前提是事先在混合物中加入了不同的荧光探针，区分不同生物颗粒
电子系统
不重要
分析系统
处理数据用的
例：下图横坐标表示凋亡相关荧光强度，纵坐标表示坏死，黑线代表检测阈值，右图是左图细胞加入某物质后的结果
表面该物质会导致细胞的坏死，对凋亡不起作用
分选系统
激光束照射后根据颗粒表面的荧光探针，会产生不同的荧光
依据荧光颜色，充电器为液滴带上不同的电荷，在极板间偏转，收集
8.2 在体流式细胞仪
由于流式细胞仪产生荧光需要实现孵育样品，无法在活体上运用
在体流式细胞仪则弥补了这一点
在体流式细胞仪直接使用生物的血管作为流液系统，根据血液中不同细胞对光信号的响应判断
光声流式细胞仪
激光照射细胞，细胞将辐射能转化为热振动，产生声波，记录声波即可得到信息
该设备可以用于人体早期癌症转移的检测
最大的限制：光需要被特异性吸收
8.3 光镊
工作原理
光子具有动量，在于物质的作用中会给物质施加力，分为梯度力和散射力
光学势阱及捕获条件
\(n_{球}>n_{环境}\)，如图的一对光线经过折射后产生力\(F_a,F_b\)，其矢量和\(F\)指向光线焦点
当小球的球心偏离焦点时，F总是使其趋向焦点，故F是回复力
捕获条件：焦点附近的梯度力大于散射力时，才能形成一个三维光学势阱，稳定地捕获微粒
上面是针对a，b光强一致而言，若\(I_a>I_b\)，则会偏向b
在小球离光阱中心的位移不超过小球半径时，有\(F=-kx\)，其中k是光阱刚度
由此得到F与x的关系
光镊系统
捕获光源要求
- 光源模式：纵模横模；横模选取\(\mathsf{TEM}_{00}\)，电场分布均匀
- 工作方式：需要连续光源或准连续光源；不可以用脉冲
- 光束指向性：激光的方向性很强
- 激光波长：避免选择会被微粒强吸收的波长
- 激光功率：尽量小，不破坏微粒