XLED‑400 多通道宽光谱 LED 荧光光源在生殖遗传 FISH 检测成像中的应用

XLED‑400 多通道宽光谱 LED 荧光光源在生殖遗传临床 FISH 基因检测成像中的应用研究

摘要

目的：评估莱特 XLED‑400 多通道宽光谱 LED 荧光光源在生殖遗传科荧光原位杂交（FISH）基因检测成像中的应用价值，对比传统汞灯光源在 FISH 玻片阅片、信号成像、样本保护、实验室质控等方面的综合性能，为生殖遗传实验室光源选型、存量设备升级、全自动 FISH 扫描设备集成提供技术参考。

方法：以临床生殖遗传 FISH 检测样本（羊水细胞、流产物细胞、胚胎活检样本）为研究对象，分别采用传统 100W 汞灯光源与 XLED‑400 LED 荧光光源开展对照试验；对比两类光源的使用寿命、光强稳定性、荧光信号成像信噪比、样本光漂白程度、时序同步能力、运维成本，结合 ISO‑15189 医学实验室质控要求开展综合评价。

结果：XLED‑400 光源使用寿命≥25000 h，远高于传统汞灯 200‑300 h；光源光强波动＜1%，无明显使用过程光衰；UV/B/G/R 四通道光谱可匹配 DAPI、FITC、Cy3、Cy5 等 FISH 常用探针；支持 TTL 微秒级硬件触发，可实现扫描‑点灯‑采集‑关灯时序联动，显著降低样本光漂白；可输出可溯源光强参数记录，满足医学实验室质控要求；可兼容现有荧光显微镜改造及全自动 FISH 扫描设备 OEM 集成。

结论：XLED‑400 多通道宽光谱 LED 荧光光源成像性能满足生殖遗传科临床 FISH 基因检测需求，相比传统汞灯具备长寿命、高稳定、低光漂白、可溯源、易集成优势，适合在生殖遗传临床实验室推广使用。

关键词：荧光原位杂交；FISH；生殖遗传；LED 荧光光源；汞灯；基因检测；光机部件

【图 1：XLED‑400 灯箱整机实拍图】

0 引言

荧光原位杂交技术（Fluorescence in situ hybridization，FISH）是生殖遗传领域重要分子细胞遗传学检测技术，广泛应用于产前羊水染色体筛查、流产物遗传学分析、胚胎植入前遗传学检测（PGT）、染色体微缺失 / 微重复综合征诊断等临床场景。该技术依靠不同波段荧光探针对染色体特定靶序列标记，在荧光显微镜下采集 DAPI、FITC、Cy3、Cy5 多色荧光信号，由检验医师判读染色体数目、片段缺失与重复情况。

荧光激发光源是 FISH 成像系统的核心部件，光源的光谱匹配度、光强稳定性、光漂白水平直接决定荧光信号成像质量，进一步影响临床判读结果准确性与珍贵玻片样本的可复核性。国内多数生殖遗传实验室长期采用传统高压汞灯作为激发光源，但汞灯寿命短、光衰显著、含有重金属汞、无法快速硬件触发等固有缺陷，越来越难以满足大批量临床样本检测、ISO‑15189 实验室质控、全自动 FISH 扫描设备发展的需求。

XLED‑400 是一款工业级多通道独立 LED 荧光光源，光谱覆盖 350‑700 nm，具备分通道独立调光、TTL 硬件同步、长寿命、冷光源低发热等特性。本文围绕该光源在生殖遗传临床 FISH 检测成像中的应用开展研究，从光谱适配、成像质量、样本保护、质控溯源、工程集成多个维度开展分析，为临床实验室光源升级和 IVD 设备开发提供依据。

【图 2：XLED‑400 光谱输出曲线图】

1 材料与方法

1.1 试验设备与样本

试验光源：①传统 100W 高压汞灯光源；②XLED‑400 多通道宽光谱 LED 荧光光源，主要参数：光谱 350‑700 nm，UV/B/G/R 四通道独立输出，LED 寿命≥25000 h，光强 0‑100% 线性可调，TTL 响应≤7 μs，支持液芯光纤耦合、直接耦合两种输出模式。

显微镜平台：科研级正置荧光显微镜，配套 FISH 专用滤色块组、高数值孔径物镜、工业荧光相机。

临床样本：生殖遗传科日常送检 FISH 玻片样本，包含羊水间期细胞玻片、流产物染色体玻片，样本均完成标准 FISH 杂交处理，标记探针包含 DAPI、FITC、Cy3、Cy5。

1.2 评价指标

1）光源寿命与运维指标：对比光源标称寿命、灯泡更换频次、光路重新校准工作量、危废处置工作量。

2）光强稳定性测试：连续运行 500 h 条件下，检测各通道输出光强波动；

3）成像信噪比：同一批 FISH 玻片，分别使用汞灯、XLED‑400 采集图像，统计染色体荧光信号信噪比；

4）光漂白试验：同等激发亮度下，持续照射 60 s，检测荧光信号剩余强度，评估样本淬灭水平；

5）时序同步性能：验证 TTL 触发下光源与相机、扫描载物台联动能力；

6）质控溯源能力：评估光源参数存储、读取、日志记录能力，匹配 ISO‑15189 对检测过程可追溯的要求。

【图 3：XLED‑400 触摸式控制器分段控制界面】

1.3 试验方法

同一批次 FISH 质控玻片，保持物镜、滤色块、相机参数不变，分别接入传统汞灯系统与 XLED‑400 光源系统开展对照。

光强稳定性测试：使用光功率计，每间隔 24 h 采集各通道输出光强，连续采集 500 h；

光漂白测试：选取同一细胞核区域，同等激发亮度连续照射 60 s，对比照射前后荧光信号灰度值；

时序同步测试：接入 TTL 信号源，验证光源开关响应时间，联动相机完成图像采集测试；

同时结合实验室实际使用场景，统计两类光源的 5 年周期运维成本。

2 结果

2.1 基础性能与运维对比

传统高压汞灯标称寿命 200‑300 h，在生殖遗传实验室日均 8 h 工作条件，2‑3 个月需要更换灯泡，每次更换后需要重新校准光路；汞灯属于含汞危险废弃物，需要专门危废流程处置。

XLED‑400 光源 LED 寿命≥25000 h，同等使用条件下可连续稳定工作 6‑8 年，无频繁灯泡更换，无汞污染风险，5 年综合运维成本显著低于传统汞灯。

2.2 光强稳定性测试结果

传统汞灯在持续工作过程存在明显光衰，500 h 后光强衰减可达 25% 以上；XLED‑400 光源 500 h 连续运行，各通道光强波动＜1%，无显著光衰现象，输出一致性良好。

2.3 FISH 成像信噪比与光漂白结果

在同等激发亮度条件下，XLED‑400 与汞灯均可清晰采集 DAPI、FITC、Cy3、Cy5 染色体荧光信号，成像信噪比两者相当。

光漂白试验结果：传统汞灯照射 60 s 后荧光信号强度下降明显；XLED‑400 冷光源，结合 TTL 瞬时点灯模式，可大幅降低样本光漂白，有利于珍贵临床玻片多次复核会诊。

【图 4：多色荧光细胞成像效果图（模拟 FISH 细胞核荧光信号成像）】

2.4 时序同步与质控溯源结果

XLED‑400 支持 TTL 硬件触发，响应时间≤7 μs，可以实现载物台移动‑光源点亮‑图像采集‑光源关闭硬件时序联动，适用于全自动 FISH 玻片扫描设备；光源各通道光强参数可存储、上位机读取记录，可形成光源工作日志，满足 ISO‑15189 医学实验室检测过程可溯源的质控要求。传统汞灯不具备微秒级硬件快速开关，无法实现该时序控制逻辑。

2.5 工程集成适配结果

XLED‑400 具备液芯光纤耦合、直接耦合两种输出方式。既可以对实验室现有进口 / 国产荧光显微镜做存量改造，保留原有物镜、FISH 滤色块组；也可以作为光机部件 OEM 集成进全自动 FISH 扫描设备，可输出光谱报告、可靠性测试报告，支撑医疗器械注册文档。

【图 5：XLED‑400 适配套件示意图（照明支柱、液芯光纤、扩束镜）】

3 讨论

FISH 检测结果判读高度依赖荧光信号的亮度稳定性，传统汞灯光源除寿命短之外，随使用时间的光衰会造成不同批次玻片成像亮度差异，增加室内质控难度，频繁更换灯泡带来的光路偏移也会引入人为判读风险。本研究结果显示 XLED‑400 光强波动＜1%，长时间使用无光衰，有利于保障 FISH 信号判读的一致性。

生殖遗传大量样本属于不可复得珍贵样本（羊水、流产组织、胚胎活检样本），玻片需要支持复核、多人会诊，降低光漂白是光源重要指标。XLED‑400 冷光源特性结合 TTL 瞬时点灯工作模式，只在图像采集瞬间开启光源，能够显著减少探针荧光淬灭，保护临床样本。

随着临床检验自动化发展，全自动 FISH 玻片扫描系统逐步在生殖遗传、第三方医学检验机构推广，该类设备对光源提出硬件时序同步的硬性要求。传统汞灯无法快速开关，限制全自动设备性能发挥，XLED‑400 的 TTL 微秒级触发能力很好匹配该类设备开发需求。

同时医学实验室 ISO‑15189 体系要求检验过程关键参数可记录、可溯源，XLED‑400 支持光强参数读取与日志留存，填补传统汞灯无法量化记录输出光强的短板，提升生殖遗传实验室质控水平。

本研究也存在一定局限：试验是在标准化实验室条件完成，不同显微镜光路改造后，需要结合本实验室 FISH 质控玻片完成实际校准；针对部分特殊自研 FISH 探针，需要对光源波段做定制匹配。

4 结论

XLED‑400 多通道宽光谱 LED 荧光光源光谱匹配生殖遗传 FISH 临床常用荧光探针，成像信噪比满足临床 FISH 基因检测判读需求。对比传统高压汞灯，具备超长使用寿命、光输出高度稳定、低光漂白、TTL 硬件时序同步、检测参数可溯源、多模式工程集成等优势，既适合医院生殖遗传实验室现有荧光显微镜存量升级改造，也可以作为核心光机部件集成全自动 FISH 扫描成像设备，具备较好的临床推广应用价值。

参考文献

[1] 周灿权，王琼。荧光原位杂交技术在生殖医学中的应用 [J]. 中华妇产科杂志，2018,53 (06):421‑424.

[2] 张静。荧光显微镜汞灯光源的缺陷与 LED 光源替代可行性探讨 [J]. 实验室科学，2021,24 (02):145‑147.

[3] 中国医师协会医学遗传医师分会。临床 FISH 检测实验室技术规范 (2022 版)[J]. 中华医学遗传学杂志，2022,39 (08):921‑928.