全自动血球仪Sysmex XE-2100的试剂技术点评——红色荧光反应.doc

全自动血球仪Sysmex  XE-2100的试剂技术——红色荧光反应
作者：Hideaki  Matsumoto（译自Sysmex  Journal  International）
关键词        全自动血液分析仪    XE-2100  红色荧光聚次甲基染料荧光染料 
绪论        

    在临床实验室测定领域，有多种染料用于病理学实验、血液形态学实验和尿液分析实验1)。大家熟知的染料包括用于病理学实验的苏木精和派若宁-Y，以及用吉姆萨染色的天青-B和伊红-Y。  

    我们Sysmex的产品也用到染料，如1988年上市的，世界上最早的商业用途全自动网织红分析仪R-1000TM，就用了荧光染料碱性槐黄2)；全自动尿沉渣分析仪UF系列3)中应用了菲啶和羰花青；最近上市的XE-2100TM使用了聚次甲基染料，用来进行WBC四分类、网织红细胞测定、有核红细胞测定，该染料被红色半导体激光（波长为633nm）激发后发出660nm或更高波长的红色荧光4)。聚次甲基的特点概括如下。  
光和颜色  
    在讨论染料之前，我们必须理解光的颜色和固体物质颜色的不同之处。三种基本的光是固体物质颜色彼此区别的基础。当白色光，如太阳光，用棱镜分光后，会出现七种颜色，按波长下降顺序依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。波长越短，能量越大。  

    在Griffith描述的图上，光的颜色分为如图2所示。在该颜色环上，数字1-9代表各自的光谱颜色，而数字10即紫色代表红色和紫罗兰色的混合色，以某种颜色为中界，混合与其相邻的两种颜色，将会产生该种中界的颜色，混合红色和黄色产生橙色，相互面对的颜色是互补的，混合相互面对的颜色产生白色光。  

    三种基本的光是红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）。当用放大镜观察电视机的阴极射线管或电脑显示器时，你会发现显示器表面由三种光组成，它们是R、G和B。在彩色电视上它们产生出各种颜色。  

    另一方面，固体物质的三种主要颜色是红紫色（M）、黄色（Y）和蓝绿色（C）。混合这些颜色产生黑（灰）色。值得注意的是光和固体物质产生不同的红色或蓝色色调。  

    碱性槐黄看上去是黄色，原因是吸收了蓝光。染料的水溶液吸收氩激光（488nm，蓝色）后显示黄色，而吸收氦氖激光或红色半导体激光（633nm，红色）显蓝色光。当选择氩激光作为光源时，对应的染料为黄色或橙色，当用红色半导体激光作为光源时，选择蓝色染料，如XE-2100中用的就是蓝色染料。

染料的分类和结构  

    很多染料都有多种名称，包括习惯用语，和以开发或制造者命名等。这样就给使用染料的人造成混淆。当前，正大力推广染料在颜色索引5)中的命名。根据染料的特征，给出了颜色索引的一般名称，如碱性橙14（吖啶橙）、酸性红87（曙红-Y）。另一方面，根据结构式，给出了颜色索引数字，从10000亚硝基团到77999无机颜料，如碱性槐黄被命名为C.I.41000和碱性黄2。可是还有许多没有被编入的染料，如用于彩色照片、彩色复印、彩色透明结晶显示等等。用于XE-2100的聚次甲基碱性染料。  

荧光和荧光染料  

    基态的荧光染料被吸收的光激发，当由激发态返回基态时释放出荧光，其中有比吸收波长更长的荧光6,7)。当使用荧光染料时，我们可以使用尽可能短波长的光源，因为这样可以获得更高的光能和更多的有效荧光。然而有许多问题伴随光源产生。汞灯和卤素灯的使用寿命最多几百小时（氩和氦氖激光可达到几千小时而且光源的体积很大。  

    另一方面，在长期使用的仪器上配置红色半导体激光光源是最好的。因为该光源体积很小，直径为9mm，高度为5mm，而且使用寿命超过几千小时。我们1987年上市的免疫分析仪PAMIA-10TM（仅在日本销售）装备的是780nm波长8)的红色半导体激光；1995年上市的多参数分析仪SF-3000TM装备了650nm波长9)的红色半导体激光光源。这些仪器用散射光作为检测手段，而XE-2100使用红色荧光、前向散射光、侧向散射光作为检测手段，这些光束是由于用633nm波长的红色半导体激光照射被聚次甲基染料染色的细胞产生的。  
聚次甲基染的特征  

    聚次甲基染料作为一种适用于现代工业的染料10)，广泛地用作红外吸收染料、染料激光11)、LB膜（单分子膜，用于生产CD盘）、彩色胶片感光剂，但很少用作织品染料。聚次甲基的结构特征是结合一个杂环核（环上含有氮、硫、氧）和一个次甲基链（-CH2=）。该染料的另一个特征是理论上可以从杂环核的种类，侧链次甲基团长度来计算其吸收光的波长。正是由于这个原因，当产生了对于某一特定波长的高敏感彩色胶片，我们可以通过计算得到一种新合成的感光剂。有多种形式的杂环核用于聚次甲基染料，典型的例子。该图按杂环核的吸光度下降顺序排列。随着和杂环核相连的次甲基链（-CH2=CH2-）m的逐个增加，染料的吸收波长大约增加100nm，由于不同名称和结构的聚次甲基染料吸收波长不同，请参考本文附录中的摘要信息。
聚次甲基染料在细胞学的应用  

    聚次甲基染料很少应用于血液形态学或病理学实验，而广泛的用于细胞膜电位的研究13)。Waggoner  12,14-16)和  Kamino  17-19)对用聚次甲基染料来显示膜电位变化的慢回应作了许多报道。另外也有许多用DiOC6（3）来研究线粒体和内织网的报道20-24)。噻唑黄也是一种聚次甲基染料25-26)，用于通过流式细胞术来进行疟原虫和网织红的计数。该染料的结构特征是不对称的杂环核。几乎所有应用的光源是氩激光或发出蓝光的荧光显微镜。而XE-2100利用红色半导体激光和聚次甲基染料，可以进行WBC四分类计数、有核红细胞测定、网织红细胞测定（血小板测定）。如上所述，可以通过改变聚次甲基染料的分子式来改变染料的最大吸收波长，但聚次甲基链越长，所获得的光的漂移越大。因为随着聚次甲基链的长度的增加，导致分子量的增加，降低了溶解度，降低了化学稳定性，这样就必须采取措施来提高染料的溶解度和稳定性。  

WBC4-DIFF计数试剂（STROMATOLYSER-4DL，STROMATOLYSER-4DS）  

    STROMATOLYSER-4DL中的表面活性剂溶解红细胞和血小板，同时白细胞膜上打孔，然后，存在于STROMATOLYSER-4DS中的聚次甲基染料进入白细胞，将核酸和细胞质中的细胞器如内织网染色。因为未成粒细胞出现在中性粒细胞上方的较高荧光区域，异形淋巴细胞出现在淋巴细胞和单核细胞上方的较高荧光区域，所以聚次甲基染料不仅染细胞核也染细胞器。  
有核红细胞检测试剂（STROMATOLYSER-NR  LYTIC  AGENT，STAINING  LIQUID）  

    存在于STROMATOLYSER-NR  LYTIC  AGENT  中的表面活性剂溶解红细胞，并使有核红细胞的核暴露，在白细胞膜上打孔，存在于STAINING  LIQUID中的聚次甲基染料进入细胞，将核酸（核膜）染色。因为嗜碱性的有核红细胞出现在正色性有核红细胞的上方较高荧光敏感区域，所以该染料不仅染核酸（核膜）也染细胞器。STROMATOLYSER-NR的特征是能够将有核红细胞从白细胞（特别是淋巴细胞）区分出来，我们以前检测有核红细胞的分析系统中，用酸性低渗性盐溶液作为溶血素，用PI（propidium  iodide）或EB（ethidium  bromide）染有核红细胞的核，但是该方法不能从损伤（死亡）的淋巴细胞中区分有核红细胞28,28)，STROMATOLYSER-NR能够获得有核红细胞计数和比率的定量数据而不受死亡淋巴细胞的影响。  
网织红细胞检测试剂（RET-SEARCH  II    DILUENT，STAINING  LIQUID）  

    存在于RET-SEARCH  II    DILUENT中的表面活性剂使红细胞和白细胞肿胀并且轻微损伤细胞膜以便染料容易进入细胞，然后存在于STAINING  LIQUID中的聚次甲基染料使RNA和DNA染色。由于RNA含量的不同，所以可以将红细胞和网织红区分出来，由于DNA和RNA含量的不同，可以将网织红和白细胞区分出来。另外，血小板也被染色，可以进行光学发血小板计数，可以避免小红细胞和红细胞碎片的干扰。  

    我们的网织红分析仪R-1000、R-2000TM、R-3000和R-3500TM使用的是氩激光和荧光染料碱性槐黄。该染料的特征是有一个苯基团（二甲基苯胺）结合在中心碳原子上。碱性槐黄水溶液的特征是正常情况下，由于吸收的光能被分子内的旋转运动消耗，所以不发出荧光。但当染料结合到膜或核酸时，由于分子内运动受到干涉，所以会发出强烈的荧光。聚次甲基也有这样的特征，即由于染料含有和次甲基相连的杂环核，当染料结合了膜或核酸后，其分子运动受到干涉，所以会吸收更多的光并发出更强的荧光。有种误解是由于很强的背景荧光会导致应用荧光染料时产生较低的信噪比（S/N），但应用碱性槐黄或聚次甲基进行细胞测定时会产生好的信噪比。
结论  

    以上概述了XE-2100中的红色荧光分析系统，该系统使用了聚次甲基染料和半导体激光。传统荧光分析中使用的主流激光是氩激光（波长488nm，蓝光）和氦氖激光（633nm，红光）。紧随近来应用半导体激光的趋势，XE-2100使用633nm波长的红色半导体激光进行细胞检测。  

    XE-2100结合了光学、电子工程、电子技术，软件技术、流式技术和试剂技术和独特的试剂（主要是表面活性剂）以及IMI通道（RF/DC检测方法）。随着半导体激光稳定的发展，有希望应用半导体激光获得三种基本的光（R、G、B）。作者希望本文能帮你理解XE-2100中的试剂技术以及认识光和染料在促进细胞学研究中的贡献