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血液
 

血液

光學產品和血液診斷技術的重大突破

構成人體的細胞、組織和器官,都要仰賴血液才能維持正常、健康的運作。白血病、鐮刀型紅血球病、貧血等血液疾病,可藉助流式細胞儀、細胞分選儀、顯微鏡等先進的現代化診斷裝置,來發現病灶並加以治療。若不是過去 20 年來光學技術的重大進展,這些突破性的開發成果就不會實現。高級光學濾光片塗層多元件物鏡等光學元件的進展,對於血液學的研究和發現、以及血液疾病的診治具有重大貢獻。

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Blood and Optics

血液疾病

下面是以流式細胞測量術等先進診斷技術所發現的常見血液疾病。光學技術的進展不但使這些疾病更容易診療,更帶來了先進的研發工具,可供製造快速、可攜、簡單易用的醫療技術和設備。

圖1: 血液疾病圖解

白血病

白血病又稱為血癌,是一種惡性漸進式疾病,患者的骨髓和其他血液製造區域會增生異常或未成熟的白血球,進而抑制正常的造血功能,導致血漿血液中主要的液體成分,通常視為乘載紅血球、白血球和血小板的載體或基質。血漿的絕大部分是水 (約佔 95%),在人體全部血量當中,所佔比例略高於一半。剩餘的血漿成分由各種蛋白質、糖分、凝血因子和各種電解質的混合物所組成 。中缺乏健康的血球。

地中海貧血症

血紅素紅血球含鐵蛋白,主要負責運輸氧氣到人體各處。氧氣運輸到人體各處重要組織和器官以完成代謝過程,這對人體的正常運作尤為重要。 異常導致的血液疾病。紅血球含鐵蛋白,主要負責運輸氧氣到人體各處。氧氣運輸到人體各處重要組織和器官以完成代謝過程,這對人體的正常運作尤為重要,代謝不良會導致疲勞、骨頭問題、脾臟腫大、皮膚變黃、兒童成長遲緩等症狀。

診斷技術

醫界使用許多技術和方法來觀察、診斷和治療血液和其他體液疾病。最常見的技術包括流式細胞術、細胞分選技術、光流體學及顯微鏡術。

流式細胞術

一種分析液體懸浮液中顆粒的物理和化學特性的強大技術。當顆粒流過雷射光束時,前向和側向散射光信號被收集起來,以此獲得定性和定量數據。

細胞分選

螢光激活細胞分選術(FACS)是流式細胞術的一個特別的分支,它可以將一組異質的細胞分到不同的容器中,一次一個細胞。這種技術利用光散射和螢光原理,以及細胞特徵的不同來進行分類。

光流控技術

這是一種將微流體與光學相結合的技術。主要應用包括液晶顯示器,能源和光學鏡頭,而創業公司主要把它用在芯片實驗室設備,生物傳感器和分子成像系統上。

高通量篩選

這是一種強大的藥物研發工藝,常用於製藥領域。通常這是一個自動化的過程,可以更快地開發出新型藥物,減少人為失誤的風險。

顯微鏡

傳統光學顯微鏡用途包括觀察組織切片或製備細胞和樣本。較高級的顯微鏡則有共焦或多光子機型,運用多重雷射、掃描反射鏡、馬達制動器和一系列高級檢測器,來深入檢視細胞內活性或蛋白質間的交互作用。

螢光活化細胞分類術 (FACS)

一種特殊的流式細胞術,運用生物細胞的螢光和散射特性,來將細胞分選至單獨的容器中。這項技術可以從非均相混合物中,一次分離出一種細胞。

Diagnostic Techniques

技術範例:流式細胞術

流式細胞術是檢測血液和其他體液疾病的主要技術。流式細胞儀由三種關鍵子系統所構成 – 流體學系統、電子偵測系統及光學系統。

Flow Cytometry
圖2: 典型的流體細胞儀設置

流體學系統:流體動力聚焦

用於定性量測的高流率:

  • 僅使用從 DNA 定序或基因型分型蒐集的遺傳資料,來進行表型分析,或預測有機體的表現型

用於高分辨率的低流率:

  • 細胞和 DNA 分析

電子偵測系統

前向散射光: 測量雷射光束的微離軸繞射光,並偵測特定尺寸範圍內的粒子

側散射光: 在任何細胞界面上,測量大多數的折射和反射光,其中折射係數會與細胞複雜度和細胞粒度呈比例變化

設備

  • 光電倍增管 (PMT):用來偵測由 SSC 和螢光產生的微弱訊號
  • 光電二極管:敏感度低於 PMT,用來偵測較強的 FSC 訊號

光學系統

激發光學裝置: 用於雷射光束整形和聚焦的雷射和透鏡

發射光學裝置: 用來收集散射的各種透鏡,以及用來取得正確光路的反射鏡、濾鏡和分光鏡。

Fluorophores and Optical Filters for Fluorescence Microscopy

深入瞭解螢光團和光學濾鏡在螢光顯微鏡中的運作方式。

產品焦點

光學裝置是許多先進診斷技術和血液分析技術的關鍵元件。帶通濾光片、二向色濾色片、高通濾光片、短通濾光片等分光鏡和各式濾鏡,是最廣泛使用的光學裝置。

Bandpass Filters

帶通濾光片

光學帶通濾光片可視需要傳輸光譜中的特定部分,並拒絕所有通帶外的其他波長。

圖3 (左): 帶通濾光片的傳輸分佈

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圖4: 短通濾光片和高通濾光片可以結合運作,進而實現客製化的帶通濾光片
Shortpass Filters

低通濾光片

光學短通流線式濾光片所傳輸的波長,可短於特定的截止波長。

圖5 (左): 短通濾光片的傳輸分佈

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Longpass Filters

高通濾光片

光學高通流線式濾光片經過特殊設計,所傳輸的波長可大於濾光片的特定透射波長。

圖6 (左): 高通濾光片的傳輸分佈

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Dichroic Filters

二向色濾光片

二向色濾光片會反射不需要的波長,並視需要傳輸光譜中特定的波長區段。由於光線會依波長差異分入兩道路徑,因此這項效果對於某些應用很有幫助。

圖7 (右): 二向色濾光片的傳輸分佈

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Beamsplitters

分光鏡

分光鏡這類光學元件可將入射光分為兩道單獨的光束。和二向色濾光片不同的是,輸入光源並非按照波長分開,而是依據固定的反射/傳輸比例 (50/50 或 70/30) 區分為兩道光束。

圖8 (左): 入射光透過平板分光鏡分成兩道單獨光束

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愛特蒙特光學® 對於血液診斷技術的使命

  • 設計製造先進光學產品,提升全球血液醫療品質
  • 促進光學系統發展,以利正確診斷在全球遭忽視或新興的血液疾病,例如貧血、白血病、鐮刀型紅血球病、骨髓瘤、地中海貧血症、真性紅血球增生症、血友病
  • 提供醫師、血液學專家、護理師或技術人員易於使用的光學裝置,只要輕觸按鈕便能快速、正確診斷
  • 研發創新光學元件,為貧困地區或缺乏現代醫療資源的民眾提供重點照護裝置
  • 促進非侵入式光學診斷技術發展,降低血液疾病對全球總體健康的影響

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