质谱流式优势劣势分析

流式细胞术( Flow Cytometry,FCM)是20世纪70年代发展起来的一项利用流式细胞仪完成的细胞分析新技本。目前已普遍应用于免疫学、血液学、肿瘤学、细胞生物学、细胞遗传学、生物化学等的基础和临床研究的各个领域。国产流式细胞仪最早研制于20世纪80年代初，但受到当时科技发展和国内生产力的限制，而没有商业化的产品问世。直至2010年左右，国产流式细胞仪厂商开始雨后春笋般成立。并随着技术的积累和发展，国产流式细胞仪不仅从性能上能够和国外仪器比肩，也有着自身的特色和优势。与此同时，国产流式配套试剂的发展也呈现一片火热的局面。为帮助广大实验室用户及时了解国产流式细胞仪前沿技术进展、创新产品与解决方案，仪器信息网特别邀请宸安生物CEO王宇翀博士为我们分享国产质谱流式技术发展的那些事儿！ 本文嘉宾：王宇翀 博士 宸安生物CEO2012年在英国创业从事AI药物筛选系统开发，拥有多年质谱组学研究经历；2016年创立宸安生物，领导公司科研项目和学术团队建设，并负责公司战略发展核心规划；荣获上海市高层次人才、杭州市海外高层次人才等荣誉；英国质谱协会，英国皇家化学学会，美国化学学会会员；剑桥大学系统生物学博士；浙江大学竺可桢学院生物工程本科。仪器信息网：贵司目前主推的流式细胞产品是什么？请您谈谈该产品的技术特点，与同类型进口品牌相比核心竞争优势如何？王宇翀博士：上海宸安生物科技有限公司目前主推的流式细胞产品是我司自主研发的单细胞流式质谱系统Starion星瀚®和Lunarion宵晖TM，涵盖了从试剂到设备再到数据分析软件的单细胞分析完整解决方案。该系统基本技术原理如下：流式质谱技术采用金属标记的抗体识别细胞表面或胞内的抗原，标记后的细胞经雾化后进入电感耦合等离子体矩管中进行离子化，离子云被传输至飞行时间质量分析器中，检测器依次记录各种金属离子到达的时间，检测出不同标签的离子信号峰，最终确定细胞表面和胞内各标签对应检测物的含量。检测产生的高维数据通过归一化、聚类和降维算法进行处理，结果可以反映基于靶蛋白丰度的各种细胞群体的表型和功能。对待检测样本的单细胞水平进行更深度的分子机制解析，挖掘分析潜在的细胞免疫分型以及细胞内信号传导通路，从而为生命科学研究和临床精准诊断提供参考。与同类型进口品牌相比，我司的核心竞争优势主要体现在以下两点：（1）性能更加优越，具体表现为：分辨率方面，宸安生物的产品可以达到800以上，确保了各通道之间无干扰；灵敏度方面，宸安生物的产品能达到5.0*105 cps (1 ppb Tb 159)，显著高于国际同类型产品；检测器采样率方面，我司产品为2 Gb/s, 14 Bit，具有更强的采集能力，能够实现更好的信号保真度以及动态范围。（2）宸安生物的Starion星瀚®作为国内第一台单细胞流式质谱仪，预计将于今年上半年获得我国医疗器械Ⅱ类注册证，领先于进口品牌实现临床水平的稳定性和易用性，检测结果与荧光流式数据高度一致，率先实现该类型先进平台的临床化。仪器信息网：请介绍贵公司流式细胞产品研发历程中里程碑事件。王宇翀博士：2018年上半年，宸安生物完成了单细胞流式质谱系统原型机组装并开始调试；2019年中，完成了配套试剂的研发测试；2020年底，单细胞流式质谱设备原型机性能达到设计指标，进入产品化阶段；2021年初，首台单细胞流式质谱系统投放至武汉同济医院；2021年10月，在中国免疫学大会上，宸安生物正式发布了Starion星瀚®流式质谱系统；2022年底，宸安生物发布了全新一代流式质谱桌面级系统Lunarion宵晖TM，将强大的功能凝聚在更小的机箱中，实现了流式质谱产品的小型化、桌面化。其中，Lunarion宵晖TM入选了仪器信息网“流式细胞新产品2022年盘点”，代表了流式细胞产品领域高性能国产产品的强势崛起。仪器信息网：贵公司流式细胞仪相关产品主要应用哪些领域的哪些实验环节？满足了哪些用户的痛点需求？王宇翀博士：流式质谱作为新一代细胞流式技术，通过质谱系统对质量标签进行定量，从物理水平解决了荧光素带来的光谱重叠问题，实现流式分析技术的代际提升，不但通道数量大幅提升且互不干扰，其产生的数据也更加稳定准确，特别是对检测指标数量要求高的复杂单细胞分析。流式质谱技术可以应用于：免疫分型、稀有细胞亚群鉴定、生物标志物发现、患者分层、疗效预测、疾病进展监测、T细胞抗原筛选及疫苗研发等多领域。案例一：在血液病系统疾病诊断领域，宸安生物联合了国内多家三甲医院、科研机构，开发了基于流式质谱的白血病初筛方案，是世界首个白血病淋巴瘤流式质谱诊断标准化方案。流式质谱技术能节省大量操作及试剂成本，通过“一管法”完成血液系统疾病诊断（＞40指标），大幅提升了医技人员的工作效率，降低了数据分析难度，减少了试剂的消耗，体现出流式质谱技术在样本处理、样本检测、数据库建立、基于算法的结果判定等多方面发挥的优势。案例二：宸安生物参与了两项CAR-T细胞治疗相关的临床试验，完成了超过200例样本的检测，每个样本检测42个指标，能够完成细胞治疗患者免疫系统重建的动态监控、CAR-T细胞在体内的数量和功能监测、CAR-T细胞治疗预后良好患者的动态分层。该项目结果也可用于前瞻性的细胞疗法患者筛选。对免疫系统的分析亟需更强大的诊断工具，流式质谱是唯一能够满足上述数据采集通量的临床级诊断技术。仪器信息网：请评价下光谱流式、流式质谱、成像流式、流式荧光技术等不同流式技术检测应用方法的特点和优劣势？未来流式技术发展趋势又是怎样的？王宇翀博士：流式荧光技术：是基于编码微球和流式技术的一种临床应用型的高通量发光检测技术。相较于传统化学发光法，流式荧光技术能够支持多指标检测，具有通量高、速度快、操作简便等特点，但存在荧光标签的串色问题、受限于稀有荧光素的供应。光谱流式：每个荧光染料的发射光谱在定义的波长范围内被一组检测器所捕获，这样每个荧光染料的流式荧光光谱都可以被识别、记录其光谱特征，并在多色实验中充分使用。流式细胞仪的检测器可以检测到每个细胞或颗粒的散射光信息和多个荧光信号，最终分析细胞或颗粒上的信息。光谱流式通过光谱拆分技术部分解决了荧光补偿问题，但需要难度较大的配色方案，试剂成本高，通道数量较流式质谱相比较少。流式质谱：流式质谱是结合传统流式和质谱两个平台的技术，能够同时获得单个细胞的多种参数。流式质谱作为定量手段的优势在于其高分辨率，并且克服了传统流式荧光发射基团光谱重叠的问题。流式质谱仪可提供过百个检测通道，可以同时对更多的细胞特征进行分析。通过标记稳定的金属标签，流式质谱仪可以在不同的通道生成信号，识别不同靶向蛋白的标记，并且各参数之间几乎没有重叠。相较于传统流式，流式质谱是采用金属元素对抗体进行标记，因此通道数量会受限于金属标签的供应；另一方面，受采样速度的影响，流式质谱对样本的处理速度相较于传统流式而言较慢。成像流式：成像流式的特点是在传统流式细胞仪的基础上增加了高速明场相机，可采集经过流动室的待测细胞的明场图像，除了得到常规的流式数据外还可验证细胞群是否是单细胞，通过细胞成像结果可以更好地显示出各个亚群细胞的形态特征。优势在于无需更改现有流式实验方案或牺牲样本通量，一次实验即可同时得到流式数据和成像结果。成像功能的缺点在于高速液流状态下细胞的状态和表型可能出现变化，另外目前成像的分辨率和灵敏度还待进一步提升，从而实现更准确的定量分析。流式技术作为一种细胞定量分析和分选技术，未来在以下几个方面可能有较好的发展趋势和发展前景：加强流式细胞仪与前处理设备的联机运作，形成流式的自动化流水线，大大提高临床的检测效率；人工智能的参与促进分析软件不断进步，并且能够显著提高数据存储与管理能力；仪器设计趋于小型化，能够降低试剂消耗，提高检测速度，并且更利于仪器普及至下沉市场。仪器信息网：国产流式企业在核心零部件、试剂耗材、自动化样本处理、技术人才等产业链上下游面临的市场机遇与挑战主要是哪些？王宇翀博士：对性能要求不高的流式分析和流式分选领域我国已基本实现自研自产，但对于高性能的设备，其核心零部件主要还是进口垄断，这也成为制约我国医疗设备、科学仪器发展的重要原因。目前已有越来越多的国内厂商、研究所参与到核心零部件的研发、制造当中，在价格上相对更为低廉、在服务支持上更为完善，但在质量上要达到和国际厂商同水平的精度标准还有较大的发展空间。流式企业的上游主要是抗体原料、荧光试剂、微球和芯片等，供应商技术壁垒较高，科研试剂目前还是较多依赖进口，目前国际巨头对这部分核心原料垄断程度较高，国内具备自主上游供应能力的厂商较少。流式细胞技术的前处理涉及到抗原或抗体的标记，孵育，清洗、混匀等步骤，为了尽可能地减少人工操作可能产生的错误以及损耗，提高标准化程度，自动化样本处理是未来发展的主要趋势，也是临床检测的刚需，目前已有多家国产厂商在这一领域发力。核心技术人才对国产流式企业来说是发展的基础与保障。国产流式企业核心人才总体来说还是较为稀缺的，但近年来，随着国内的经济发展与国家政策的支持，越来越多的高层次海外人才愿意投身到国产流式技术的发展事业当中。同时，国内流式市场的日益发展，势必也能吸引更多的高水平研发人才。另一方面，企业也要加强对于实验员等基础岗位的规范化培养，形成完善的人才储备机制。仪器信息网：请谈谈过去几年在相对垄断的市场中，国产流式企业是如何破局并发展壮大的？期间有哪些利于国产流式企业发展的政策等有利因素。王宇翀博士：过去几年，国产流式企业的破局主要体现在以下两个方面：（1）试剂的破局：2017年国家药监局出台的《226通告》将一批临床及科研常用试剂由周期长、成本高的三类注册证下放为周期短、成本低的一类备案管理，这一变化使得大量国产厂家涌入流式领域，流式试剂产量大幅提升；（2）设备的破局：在国产流式设备发展初期，有多家国产厂家在低配置的分析流式领域都有不错的表现，相继被国外巨头收购。近年来，也有越来越多的国内厂家发布了自主研发制造的流式设备，体现了国产流式创新的崛起。在国家科技强国战略的指导下，政府对生命科学领域日益重视。2021年 ，由国家工信部联合多部委发布的《“十四五”医药工业发展规划》中提到，“十四五”是医药工业向创新驱动转型、实现高质量发展的关键五年，政府对于生命科学和疾病领域的研究支持不断增强，未来国内科研基础经费的投资仍将保持较快增长，这对于国产流式企业的发展而言是积极的政策信号。仪器信息网：国内流式细胞仪市场已经从导入期进入快速增长期，请介绍当前全球以及国内流式细胞仪市场规模及现状。过去三年最强劲的市场需求来自哪些领域？王宇翀博士：根据Markets & Markets的统计，2021年流式细胞仪全球市场达43亿美元，预计2026年达到63亿美元，复合增长率为8.1%。目前国内流式细胞仪市场约为12亿美元，复合增长率可达30%，可以看出国产流式细胞仪还有很大的增量空间。近几年流式市场需求较为强劲的领域：（1）血液病中的白血病免疫分型：流式质谱技术的出现，为血液病分型提供了完美的解决方案，因为不是通过荧光检测，不存在信号重叠问题，仅需抽取患者少量样本，而分析的准确性显著提升，分析成本大为下降，分析速度显著提高。（2）免疫功能监测：全球新冠疫情的爆发，使得检测试剂采购量呈现爆发式增长。通过外周血分析淋巴细胞亚群来监测细胞免疫和体液免疫功能，全面反映机体当前的免疫功能、状态，对患者而言能够及时观察疗效及检测预，对健康人而言也能帮助全面了解自身免疫状况，及时纠偏，防患于未然。（3）细胞因子检测：在单细胞水平研究细胞因子的表达能力对研究细胞因子在疾病中的作用日趋重要，流式细胞术较传统方法凸显了多指标联检的优势。仪器信息网：请您谈谈未来中国流式细胞仪、试剂耗材市场的发展前景如何？哪些应用领域会被市场看好？王宇翀博士：如前所述，中国流式细胞仪、试剂耗材市场还有很大的增量空间，发展前景总体是光明的。医疗器械进口替代也日益成为主流趋势，只要国产流式细胞仪能够实现性能稳定、不断拓宽应用场景，再结合原本相较于进口产品成本低廉的优势，将来国内临床主要市场被国产流式细胞仪取代只是时间问题。以下应用领域可能会被市场看好：（1）CAR-T治疗中，流式技术起到了重要的基石作用：在筛选靶点、预测毒性、判断回输物质量、检测MRD、免疫监测、复发机制研究等多个流程当中都发挥着举足轻重的作用。（2）纳米流式技术的出现为推动外泌体在临床疾病诊断和治疗领域的广阔应用提供了坚实的技术基础。（3）聚焦免疫系统相关疾病，在分子生物学水平为临床精准诊断和治疗助力。（4）对于肿瘤患者而言，流式技术能帮助监测肿瘤旁细胞、肿瘤微环境，深度解析细胞信号传导通路，寻找潜在的治疗靶点，探索潜在的生物学效应，提高患者生存率。（5）随着流式技术的不断进步，应用场景的不断拓宽，流式技术日益普及，有望成为临床检验的重要工具。仪器信息网：请分享贵司未来的发展战略规划，是否会有海外市场拓展计划以及融资上市规划？王宇翀博士：宸安生物目前已全面启动商业化，Starion星瀚®单细胞流式质谱系统预计于今年上半年获得医疗器械Ⅱ类注册证，之后将大规模落地临床领域。全新一代流式质谱桌面级系统Lunarion宵晖TM获得注册证后，将进一步拓展下沉市场，在全国临床领域全面铺开。宸安生物未来也打算积极布局国际业务，筹建区域商务中心和区域生产制造基地，进入欧美市场，并辐射新兴经济体和一带一路沿线国家。编辑：刘立东KOL点击参与主题征稿活动↓为帮助广大实验室用户及时了解国产流式细胞仪前沿技术进展、创新产品与解决方案，仪器信息网特此约稿。欢迎投稿，投稿文章将在专栏展示并在仪器信息网相关渠道推广（公众号 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近日，浙江省重点研发计划—“尖兵”研发攻关计划项目“流式质谱细胞分析技术”启动会暨课题实施方案研讨会在谱育科技顺利召开，来自项目组的五个课题承担单位汇报人和专家组成员参加了会议。大会以线上、线下相结合的形式进行，邀请到的专家有浙江大学化学系潘远江教授、浙江大学公共医学院院长陈光弟教授、清华大学张新荣教授、浙江大学控制科学与工程学院周建光教授。项目组汇报谱育科技承担课题质谱流式细胞分析仪的研制工作，是整个项目的重头戏。谱育科技 副总经理刘立鹏，对大家的到来表示欢迎，同时也感谢大家对谱育科技的信任与支持。谱育科技 副总经理俞晓峰针对谱育科技承担的质谱流式细胞分析仪的研制任务，着重从研究内容与技术路线、研究目标等方面进行了汇报。浙江省疾病预防控制中心理化毒理所汤鋆副所长和谱育科技李锐经理对螯合金属聚合物标记试剂进行汇报。浙江大学附属第一医院特聘研究员盛剑鹏对国产质谱流式细胞分析仪在肿瘤患者免疫状态变化研究中的应用进行汇报。浙江大学附属邵逸夫医院高级工程师王燕忠对承担课题：国产质谱流式细胞分析仪在检测和评估人群免疫状态中的应用研究方案做汇报。西湖实验室副研究员/西湖欧米研发总监许路昂对国产质谱流式细胞分析仪在辅助白血病治疗的应用研究方案做汇报。专家组意见 专家组认真听取了项目组关于实施方案的汇报，建议针对知识产权情况，重点加强离子传输、探针设计开发等创新，聚焦亮点成果的产出，进一步细化实施方案，加强各课题间的联系。并进行充分讨论，一致认为：1该项目所提交的论证材料齐全，符合论证要求；2该项目目标明确，实施方案和技术路线可行，任务清晰合理，年度计划具体、可操作性强，符合项目任务书要求；3预期成果与考核指标基本明确，可考核性强；同意通过实施方案论证。研讨结束后，与会专家一行参观了谱育科技研发及实用实验室，对国产高端科学仪器实现进口替代充满信心，也非常期待质谱流式细胞分析仪的研制和推广。尖兵计划谱育科技牵头承担的“流式质谱细胞分析技术”项目属于浙江省科学技术厅择优委托的“尖兵计划”榜单项目。浙江省科技厅规定：择优委托原则上应由建有相关领域的重点实验室、工程技术研究中心、企业研究院等省级及以上创新平台申报，其依托单位应为在国内省内有明显优势，创新实力和协同攻关能力强，有基础、有条件在相关领域取得重大关键核心技术突破的优势单位。申报高新产业类择优委托项目的，其依托企业原则上应为高新技术企业，且上年研究开发费占营业收入比重一般应不低于3.0%。“流式质谱细胞分析技术”可以实现对单细胞进行多参数同时检测能力的扩展，在肿瘤免疫治疗、肿瘤微环境、免疫学、干细胞和药物药理等领域表现出强大的分析能力和广阔的应用前景。面向未来发展，谱育科技紧紧围绕“自主研发、持续创新、深度定制”的公司战略，加快攻克关键核心技术，强化科技自立自强，力争成为中国高端科学仪器产业链链主。通过政企用研学协同创新机制打造具备国际竞争力的产业链生态，助力浙江高水平创新型省份和科技强省建设，充分发挥科技创新在高质量发展建设共同富裕示范区中的支撑引领作用。

编者按 计量是天然气贸易活动中必不可少的一个环节，若计量出现较大偏差，则可能影响贸易的公正性，影响消费者和企业的利益，不利于天然气贸易活动的健康发展。因此，科学的选择计量仪器显得尤为重要。 与国外相比，我国天然气计量起步较晚，但在近几年的大力发展下，还是取得了一定成绩的。本文主要针对天然气计量方法的种类、测量原理、优点及其缺点进行了分析，并对天然气计量中存在的一些问题及其解决对策进行了说明。 差压流量计 差压流量计主要包括孔板式、阿牛巴以及弯管式。 ①孔板式流量计 孔板式流量计原理为质量守恒定律和能量守恒定律，即流体连续性方程和伯努利方程。流体流量越大，差压越大，以此为依据对流体流量进行测量。 优点：该样式的流量计所用的节流件全球通用，无需进行实流校准，且结构简单、牢固、性能稳定可靠、价格较低，因此具有广泛的应用。缺点：范围宽度为3：1，限制了其应用范围，而法兰连接法容易导致跑冒滴漏现象，增加了后期的维护成本。 ② 阿牛巴流量计 阿牛巴流量计工作原理为充满导管的流体流经流量计的检测杆时，检测杆的迎流面和背流面会产生不同的压力值，前者为全压平均值，而后者则被称为静压值，两者的差值就是计算流体流速和流量的主要依据。 优点：安装较为简单，压损较小，准确度高，强度好，耐磨损性能较好，防泄漏性能好。 缺点：迎流面和背流面的取压孔容易发生堵塞，且迎面取压孔的边缘处容易受流体的磨损，因此容易出现测量性能不稳的现象。 ③ 弯管流量计 弯管流量计以质量守恒、能量守恒和动量矩守恒三大定律为测量技术，流体经过管道的拐弯处时，内侧流速大于外侧流速，且呈现一定的规律性，当弯管的角度为45°时，只要测量弯管内外压差和流体的密度时，就可计算出流体的流速，然后根据流体所经弯管的横截面积，即可求得流体的流量。 优点：不受插入件或节流件的影响，无压力损失，精度高，可重复性好。直管段范围要求较宽，而传感器的磨损或者结垢，对流量计的精度影响较小。 缺点：对测量大流量流体较为准确，而小流速测量准确度较差。 气体涡轮流量计 涡轮流量计是一种管径中全截面流速流量的流量计，其测量原理是将一组叶轮悬置于流体中，流体流动时带动叶轮转动，然后根据叶轮的转动速度来获得流体的平均流速，并以此为基础计算出流体流量。 优点：精准度较高，可控制误差在±0.2%至±0.5%之间，压损小、重复性好、稳定性高、能快速响应且该流量计内部结构较为紧凑，体积小，安装以及后期维护较为简单。 缺点：测量结果受流体性质影响较大，当流体介质的粘度、密度、压力等因素发生变化时，可对测量结果产生一定影响。 气体超声波流量计 气体超声波流量计是利用流动状态下的流体对超声束的作用，以检测流体体积的一种测量仪表。 优点：安装简单，精准度较高，可控制误差在0.5%以内；不受机械磨损，长期使用精度不变；不受压力损失的影响，可使用干法进行标定；为非接触性测量，耐腐蚀，可进行管网流动状态的评估测量。 缺点：对测量环境有一定要求，若测量场合存在高频振动噪声，测量结果容易受到干扰。 以上测量仪表都有其各自的特点，综合比较，气体超声波流量计在测量精度、稳定性和适用范围上都更具优势，因而也成为国际上天然气贸易的首选产品。 随着测量技术的不断发展，我国气体超声波流量计的研究已经取得了不小的成果，并解决了一些实际应用过程中存在的问题。 过去，我们往往容易忽视环境温度对计量的影响。温度不仅影响气体的体积，还能影响计量仪器的准确度。在实际的计量过程中，若忽视外界因素的影响，则可能影响计量结果的准确性。如北方温差较大，若不考虑温度温度影响，则燃气公司可能面临一定的经济损失。 以孔板流量计为例，该流量计由节流装置、流量显示仪和差压变送器构成，当环境温度变化较大时，节流装置和差压变送器的准确性就要受到影响，从而导致计量结果不准确。相比之下，国产超声流量计Gasboard-7200具有温度补偿功能，可避免温度影响计量误差，有效提升经济效益。 国产超声流量计Gasboard-7200 总的来说，流量计的选择对于天然气计量工作的精准度影响巨大，企业在选择流量计时，不仅要考虑成本、安装、维修难度，还应考虑使用环境的影响，在满足以上要求的情况下，尽可能的减少计量误差，保证贸易的公平性。版权声明:本文转载自微信公众号@工业过程气体监测技术，如欲转载，请务必注明来源，违者必究。