XLED?400 多通道寬光譜 LED 熒光光源在生殖遺傳臨床 FISH 基因檢測成像中的應用研究

摘要

目的：評估萊特 XLED?400 多通道寬光譜 LED 熒光光源在生殖遺傳科熒光原位雜交（FISH）基因檢測成像中的應用價值，對比傳統(tǒng)汞燈光源在 FISH 玻片閱片、信號成像、樣本保護、實驗室質控等方面的綜合性能，為生殖遺傳實驗室光源選型、存量設備升級、全自動 FISH 掃描設備集成提供技術參考。

方法：以臨床生殖遺傳 FISH 檢測樣本（羊水細胞、流產(chǎn)物細胞、胚胎活檢樣本）為研究對象，分別采用傳統(tǒng) 100W 汞燈光源與 XLED?400 LED 熒光光源開展對照試驗；對比兩類光源的使用壽命、光強穩(wěn)定性、熒光信號成像信噪比、樣本光漂白程度、時序同步能力、運維成本，結合 ISO?15189 醫(yī)學實驗室質控要求開展綜合評價。

結果：XLED?400 光源使用壽命≥25000?h，遠高于傳統(tǒng)汞燈 200?300?h；光源光強波動＜1%，無明顯使用過程光衰；UV/B/G/R 四通道光譜可匹配 DAPI、FITC、Cy3、Cy5 等 FISH 常用探針；支持 TTL 微秒級硬件觸發(fā)，可實現(xiàn)掃描?點燈?采集?關燈時序聯(lián)動，顯著降低樣本光漂白；可輸出可溯源光強參數(shù)記錄，滿足醫(yī)學實驗室質控要求；可兼容現(xiàn)有熒光顯微鏡改造及全自動 FISH 掃描設備 OEM 集成。

結論：XLED?400 多通道寬光譜 LED 熒光光源成像性能滿足生殖遺傳科臨床 FISH 基因檢測需求，相比傳統(tǒng)汞燈具備長壽命、高穩(wěn)定、低光漂白、可溯源、易集成優(yōu)勢，適合在生殖遺傳臨床實驗室推廣使用。

關鍵詞：熒光原位雜交；FISH；生殖遺傳；LED 熒光光源；汞燈；基因檢測；光機部件

【圖 1：XLED?400 燈箱整機實拍圖】

0 引言

熒光原位雜交技術（Fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）是生殖遺傳領域重要分子細胞遺傳學檢測技術，廣泛應用于產(chǎn)前羊水染色體篩查、流產(chǎn)物遺傳學分析、胚胎植入前遺傳學檢測（PGT）、染色體微缺失 / 微重復綜合征診斷等臨床場景。該技術依靠不同波段熒光探針對染色體特定靶序列標記，在熒光顯微鏡下采集 DAPI、FITC、Cy3、Cy5 多色熒光信號，由檢驗醫(yī)師判讀染色體數(shù)目、片段缺失與重復情況。

熒光激發(fā)光源是 FISH 成像系統(tǒng)的核心部件，光源的光譜匹配度、光強穩(wěn)定性、光漂白水平直接決定熒光信號成像質量，進一步影響臨床判讀結果準確性與珍貴玻片樣本的可復核性。國內(nèi)多數(shù)生殖遺傳實驗室長期采用傳統(tǒng)高壓汞燈作為激發(fā)光源，但汞燈壽命短、光衰顯著、含有重金屬汞、無法快速硬件觸發(fā)等固有缺陷，越來越難以滿足大批量臨床樣本檢測、ISO?15189 實驗室質控、全自動 FISH 掃描設備發(fā)展的需求。

XLED?400 是一款工業(yè)級多通道獨立 LED 熒光光源，光譜覆蓋 350?700?nm，具備分通道獨立調(diào)光、TTL 硬件同步、長壽命、冷光源低發(fā)熱等特性。本文圍繞該光源在生殖遺傳臨床 FISH 檢測成像中的應用開展研究，從光譜適配、成像質量、樣本保護、質控溯源、工程集成多個維度開展分析，為臨床實驗室光源升級和 IVD 設備開發(fā)提供依據(jù)。

【圖 2：XLED?400 光譜輸出曲線圖】

1 材料與方法

1.1 試驗設備與樣本

試驗光源：①傳統(tǒng) 100W 高壓汞燈光源；②XLED?400 多通道寬光譜 LED 熒光光源，主要參數(shù)：光譜 350?700?nm，UV/B/G/R 四通道獨立輸出，LED 壽命≥25000?h，光強 0?100% 線性可調(diào)，TTL 響應≤7?μs，支持液芯光纖耦合、直接耦合兩種輸出模式。

顯微鏡平臺：科研級正置熒光顯微鏡，配套 FISH 專用濾色塊組、高數(shù)值孔徑物鏡、工業(yè)熒光相機。

臨床樣本：生殖遺傳科日常送檢 FISH 玻片樣本，包含羊水間期細胞玻片、流產(chǎn)物染色體玻片，樣本均完成標準 FISH 雜交處理，標記探針包含 DAPI、FITC、Cy3、Cy5。

1.2 評價指標

1）光源壽命與運維指標：對比光源標稱壽命、燈泡更換頻次、光路重新校準工作量、危廢處置工作量。

2）光強穩(wěn)定性測試：連續(xù)運行 500?h 條件下，檢測各通道輸出光強波動；

3）成像信噪比：同一批 FISH 玻片，分別使用汞燈、XLED?400 采集圖像，統(tǒng)計染色體熒光信號信噪比；

4）光漂白試驗：同等激發(fā)亮度下，持續(xù)照射 60?s，檢測熒光信號剩余強度，評估樣本淬滅水平；

5）時序同步性能：驗證 TTL 觸發(fā)下光源與相機、掃描載物臺聯(lián)動能力；

6）質控溯源能力：評估光源參數(shù)存儲、讀取、日志記錄能力，匹配 ISO?15189 對檢測過程可追溯的要求。

【圖 3：XLED?400 觸摸式控制器分段控制界面】

1.3 試驗方法

同一批次 FISH 質控玻片，保持物鏡、濾色塊、相機參數(shù)不變，分別接入傳統(tǒng)汞燈系統(tǒng)與 XLED?400 光源系統(tǒng)開展對照。

光強穩(wěn)定性測試：使用光功率計，每間隔 24?h 采集各通道輸出光強，連續(xù)采集 500?h；

光漂白測試：選取同一細胞核區(qū)域，同等激發(fā)亮度連續(xù)照射 60?s，對比照射前后熒光信號灰度值；

時序同步測試：接入 TTL 信號源，驗證光源開關響應時間，聯(lián)動相機完成圖像采集測試；

同時結合實驗室實際使用場景，統(tǒng)計兩類光源的 5 年周期運維成本。

2 結果

2.1 基礎性能與運維對比

傳統(tǒng)高壓汞燈標稱壽命 200?300?h，在生殖遺傳實驗室日均 8?h 工作條件，2?3 個月需要更換燈泡，每次更換后需要重新校準光路；汞燈屬于含汞危險廢棄物，需要專門危廢流程處置。

XLED?400 光源 LED 壽命≥25000?h，同等使用條件下可連續(xù)穩(wěn)定工作 6?8 年，無頻繁燈泡更換，無汞污染風險，5 年綜合運維成本顯著低于傳統(tǒng)汞燈。

2.2 光強穩(wěn)定性測試結果

傳統(tǒng)汞燈在持續(xù)工作過程存在明顯光衰，500?h 后光強衰減可達 25% 以上；XLED?400 光源 500?h 連續(xù)運行，各通道光強波動＜1%，無顯著光衰現(xiàn)象，輸出一致性良好。

2.3 FISH 成像信噪比與光漂白結果

在同等激發(fā)亮度條件下，XLED?400 與汞燈均可清晰采集 DAPI、FITC、Cy3、Cy5 染色體熒光信號，成像信噪比兩者相當。

光漂白試驗結果：傳統(tǒng)汞燈照射 60?s 后熒光信號強度下降明顯；XLED?400 冷光源，結合 TTL 瞬時點燈模式，可大幅降低樣本光漂白，有利于珍貴臨床玻片多次復核會診。

【圖 4：多色熒光細胞成像效果圖（模擬 FISH 細胞核熒光信號成像）】

2.4 時序同步與質控溯源結果

XLED?400 支持 TTL 硬件觸發(fā)，響應時間≤7?μs，可以實現(xiàn)載物臺移動?光源點亮?圖像采集?光源關閉硬件時序聯(lián)動，適用于全自動 FISH 玻片掃描設備；光源各通道光強參數(shù)可存儲、上位機讀取記錄，可形成光源工作日志，滿足 ISO?15189 醫(yī)學實驗室檢測過程可溯源的質控要求。傳統(tǒng)汞燈不具備微秒級硬件快速開關，無法實現(xiàn)該時序控制邏輯。

2.5 工程集成適配結果

XLED?400 具備液芯光纖耦合、直接耦合兩種輸出方式。既可以對實驗室現(xiàn)有進口 / 國產(chǎn)熒光顯微鏡做存量改造，保留原有物鏡、FISH 濾色塊組；也可以作為光機部件 OEM 集成進全自動 FISH 掃描設備，可輸出光譜報告、可靠性測試報告，支撐醫(yī)療器械注冊文檔。

【圖 5：XLED?400 適配套件示意圖（照明支柱、液芯光纖、擴束鏡）】

3 討論

FISH 檢測結果判讀高度依賴熒光信號的亮度穩(wěn)定性，傳統(tǒng)汞燈光源除壽命短之外，隨使用時間的光衰會造成不同批次玻片成像亮度差異，增加室內(nèi)質控難度，頻繁更換燈泡帶來的光路偏移也會引入人為判讀風險。本研究結果顯示 XLED?400 光強波動＜1%，長時間使用無光衰，有利于保障 FISH 信號判讀的一致性。

生殖遺傳大量樣本屬于不可復得珍貴樣本（羊水、流產(chǎn)組織、胚胎活檢樣本），玻片需要支持復核、多人會診，降低光漂白是光源重要指標。XLED?400 冷光源特性結合 TTL 瞬時點燈工作模式，只在圖像采集瞬間開啟光源，能夠顯著減少探針熒光淬滅，保護臨床樣本。

隨著臨床檢驗自動化發(fā)展，全自動 FISH 玻片掃描系統(tǒng)逐步在生殖遺傳、第三方醫(yī)學檢驗機構推廣，該類設備對光源提出硬件時序同步的硬性要求。傳統(tǒng)汞燈無法快速開關，限制全自動設備性能發(fā)揮，XLED?400 的 TTL 微秒級觸發(fā)能力很好匹配該類設備開發(fā)需求。

同時醫(yī)學實驗室 ISO?15189 體系要求檢驗過程關鍵參數(shù)可記錄、可溯源，XLED?400 支持光強參數(shù)讀取與日志留存，填補傳統(tǒng)汞燈無法量化記錄輸出光強的短板，提升生殖遺傳實驗室質控水平。

本研究也存在一定局限：試驗是在標準化實驗室條件完成，不同顯微鏡光路改造后，需要結合本實驗室 FISH 質控玻片完成實際校準；針對部分特殊自研 FISH 探針，需要對光源波段做定制匹配。

4 結論

XLED?400 多通道寬光譜 LED 熒光光源光譜匹配生殖遺傳 FISH 臨床常用熒光探針，成像信噪比滿足臨床 FISH 基因檢測判讀需求。對比傳統(tǒng)高壓汞燈，具備超長使用壽命、光輸出高度穩(wěn)定、低光漂白、TTL 硬件時序同步、檢測參數(shù)可溯源、多模式工程集成等優(yōu)勢，既適合醫(yī)院生殖遺傳實驗室現(xiàn)有熒光顯微鏡存量升級改造，也可以作為核心光機部件集成全自動 FISH 掃描成像設備，具備較好的臨床推廣應用價值。

參考文獻

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