背景與挑戰(zhàn)
免疫細胞分析在癌癥治療、感染監(jiān)測和血液病診斷中具有重要意義，但傳統(tǒng)流式細胞儀體積龐大、成本高昂，且依賴專業(yè)操作人員?，F(xiàn)有商業(yè)設(shè)備如BD FACSDiscover?雖能提供高精度數(shù)據(jù)，但其價格和復雜性限制了在資源有限地區(qū)的應用。
創(chuàng)新設(shè)計
EZ DEVICE整合了微流控芯片、激光二極管、CMOS圖像傳感器和AI算法，實現(xiàn)了從樣本預處理到檢測的全自動化。其核心包括：
微流控芯片：包含預混合、白細胞標記和檢測三個功能區(qū)，通過蛇形通道促進抗體標記。
光學系統(tǒng)：采用532 nm和586 nm激光激發(fā)熒光信號，配合可切換濾光片實現(xiàn)多色檢測。
AI算法：基于YOLO v4模型進行圖像分割和目標識別，通過二值化處理提升低亮度顆粒的識別準確率。
圖 1.（a） 用于免疫細胞比例分析的 EZ DEVICE 微流控芯片示意圖，包括預混、白細胞標記和圖像檢測區(qū)域。（b） 微流控芯片的照片。
圖 2.（a） 實驗裝置示意圖和 （b） 用于免疫細胞比例分析的 EZ DEVICE 平臺的照片。
圖 3.在 AI 對象識別和分割過程中獲取的圖像。（a） 手動計數(shù)結(jié)果的不同微珠圖像，（b） AI 計數(shù)結(jié)果的不同微珠圖像，（c） 手動計數(shù)結(jié)果的圖像，（d） AI 計數(shù)結(jié)果的圖像，（e） 原始顯微鏡圖像，（f） 標準閾值二值化結(jié)果，以及 （g） 手動閾值二值化結(jié)果。
圖 4.EZ DEVICE 芯片對樣品顆粒和熒光抗體的染色性能。染色后，使用 IX73 顯微鏡獲取顆粒圖像，其中 （a） 明場，（b） U-FBWA 濾光片 （510–550 nm） 和 （c） EZ DEVICE 顯微鏡檢測發(fā)射波長為 520 ± 20 nm 的染色顆粒。（d） 通過 DEVICE 細胞術(shù)測量染色前后的性能。
性能驗證
計數(shù)準確性：使用熒光微球（FITC標記）和Jurkat T細胞驗證，AI計數(shù)與人工計數(shù)的一致性達82.3%，誤差小于1%。
抗體標記效率：抗MHC I抗體標記效率達99.06%，且能在復雜樣本（如THP-1與Jurkat T細胞混合液）中區(qū)分CD3表達模式（帽狀與擴散分布），反映T細胞活性差異。
抗干擾能力：在干擾物質(zhì)濃度為目標物25倍的條件下，仍能準確識別目標細胞。
技術(shù)優(yōu)勢
EZ DEVICE的微型化設(shè)計（28 mm × 30 mm芯片）和低功耗（9 V電池供電）使其適用于床旁檢測。通過更換濾光片，系統(tǒng)可適配不同熒光染料，擴展檢測靶標范圍。此外，AI算法的持續(xù)優(yōu)化（如引入更復雜的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡）有望進一步提升單細胞通量和復雜樣本的分析能力。
應用前景
臨床診斷：快速篩查白血病細胞或循環(huán)腫瘤細胞（CTCs）。
免疫治療監(jiān)測：實時追蹤癌癥患者免疫細胞動態(tài)。
傳染病研究：分析HIV感染后的T細胞亞群變化。未來通過整合更多熒光通道和優(yōu)化微流控設(shè)計，EZ DEVICE有望成為個性化醫(yī)療中的核心工具。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.117074
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~李康倩。
