磁悬浮结合便携式成像与分析用于疾病诊断

该方法的总体目标是通过测量细胞群体分布的变化或基于细胞特征密度分离不同类型的细胞，从而实现基于密度的细胞分析，用于多种医学诊断应用。该技术有助于解决生物医学工程中的一个关键挑战，即在临床环境或发展中国家开展重要的细胞学医学诊断。该技术的主要优势在于不需要大量设备和复杂准备，几乎任何人都可操作。

该技术的应用前景涉及镰状细胞病的诊断，因为该装置能够量化镰状细胞在低氧条件下导致的密度增加和悬浮速率降低。尽管本方法在此展示的医学诊断测试中具有实用性，但通过更换样本并修改软件，也可将其应用于其他基于密度的细胞计数检测。首先，配制 10 毫升浓度为 50 毫摩尔的钆布醇与汉克斯平衡盐溶液的混合溶液。

然后加入焦亚硫酸钠，使钆溶液中的终浓度达到10毫摩尔/升。取100微升钆-焦亚硫酸钠储备液置于微量离心管中。通过标准静脉穿刺技术或指尖采血法获取血液样本。

采集指尖血样本时，在穿刺部位附近施加压力，但不要挤压组织。用擦拭物至少清洁穿刺部位三次，然后使用微量移液器收集血液样本。取最多一微升（1 µL）血液样本与试管中的亚硫酸氢钠钆溶液混合，以获得用于镰状细胞病诊断的样本。

首先，配制 25 毫摩尔和 250 毫摩尔的钆布醇溶液以及 Hanks 平衡盐溶液。然后，采用先前描述的指尖采血或静脉穿刺技术获取血液样本。取约一微升血液样本，用 25 毫摩尔的钆布醇溶液稀释 1000 倍，以获得用于白细胞流式细胞术的样本。

为单独测定白细胞的悬浮范围，另取一份样品，将5微升血液样本加入500微升红细胞裂解缓冲液中。在室温下孵育混合物3至5分钟。然后，将1份250毫摩尔的钆溶液与9份裂解液混合，配制得到含25毫摩尔钆浓度的裂解液样品溶液。

开始样品分析时，打开设备并将其放置在水平表面上。将样品吸入方形玻璃毛细管中。当毛细管半满后，用毛细管封口剂密封管端。

将毛细管插入设备的磁力悬浮模块中，使管子仅露出一厘米。让样本在设备中静置10分钟，以达到平衡。然后，检查目标细胞是否在屏幕上可见。

按下单次测量按钮以保存图像。自动记录屏幕上显示的分析结果。如果设备提示屏幕上细胞过多或过少，请轻微将毛细管向内或向外移动，并将样本再平衡10分钟。

保存第一张图像后，将毛细管向内或向外移动约0.5厘米。待样品平衡后，再获取另一张图像用于分析。应从样品的不同位置至少获取五张图像的数据，以避免误差。

将图像保存至设备或U盘中。完成后，从设备中取出样本并妥善处理。首先，将智能手机安装到磁力悬浮装置中。

确保智能手机摄像头与磁悬浮模块对齐。将智能手机垂直固定在水平桌面上的支架上。将毛细管插入悬浮模块中，并将微泵管路连接到毛细管两端。

将样品瓶放入样品架中。然后，启动智能手机应用程序。打开微泵，并在第一个屏幕上设置流速和LED亮度参数。

当样本流动平稳后，向左滑动进入图像采集模式。至少采集五个不同的视频。然后，在应用程序的分析部分，选择流动辅助分析，并打开每个待分析的文件。

在磁悬浮作用下，无镰状细胞病患者的血细胞被限制在可预测的宽度范围内。而镰状细胞病患者的细胞则分布在更宽且呈向下趋势的区域。这在限制宽度的分析结果中得以体现。

健康对照细胞呈现为一条狭窄的条带，而镰状细胞则表现为更宽的条带，整体宽度的变异程度明显更大。通过该方法也可区分具有不同密度范围的单个细胞类型，且在低浓度钆时可实现最佳分离效果。此处，白细胞的悬浮高度是通过分析经裂解去除红细胞后的样品确定的。

该已知的悬浮高度用于白细胞计数。要计算经1:1000稀释的每微升样品中的白细胞数量，需将图像中观察到的细胞数乘以2000。一旦掌握，若操作得当，该技术仅需10分钟即可完成。

通过此方法，其他研究人员可利用该策略开发针对多种疾病的医学诊断检测。