流式成像细胞仪(FlowCam®)在微塑料研究中的使用

简介

微塑料在海洋环境中无处不在，但仍然非常不典型。微塑料的检测、表征和定量方法仍在发展中。为了应对微塑料表征高自动化的需求，研究人员开始使用了FlowCam (图1)是全球范围内用于浮游植物分析的成像颗粒分析仪，用于成像、表征和量化微塑料(图2、3)。FlowCam在最近的两项研究中被用于量化、成像和测量微塑料。

微塑料在海洋环境中的流行已经导致对对水生生物，特别是滤食性生物的影响是毋庸置疑的。Woods等人(2017)使用FlowCam来量化蓝色贻贝(Mytilus edulis)中微塑料纤维的摄取、摄入和排出率。贻贝置于含盐Rhodomonas salina(食物来源)和不同浓度聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料纤维的过滤海水处理中。使用FlowCam来量化每个处理中Rhodomonas和微塑料纤维的摄取，以及贻贝组织、粪便和假粪便中微塑料纤维的数量。

由于自然形成的海洋微塑料呈现出各种形状和大小(珠粒、纤维、碎片等)，仅使用图像识别软件分析它们可能很麻烦。因此，为了改进和简化微塑料分析，Lorenz等人(2017)评估了酶氧化处理(Lorenz等人，2017)消化海洋样品中的有机物质的能力，并在此过程中分离出所存在的微塑料。在每个消化步骤之后，使用FlowCam计算所有颗粒物质的总面积，直径，以评估其作用。

图1。FlowCam是一款流式颗粒分析仪，可以有效地利用其成像和分析功能分析微塑料。资料来源：Yokogawa Fluid Imaging Technologies, Inc.

图2。自然发生的海洋微塑料，和一些硅藻，由FlowCam在10倍物镜下拍摄到的图像。资料来源：Yokogawa Fluid Imaging Technologies, Inc.

图3。多色塑料闪光图像，由FlowCam在4倍物镜下所拍摄。资料来源：Yokogawa Fluid Imaging Technologies, Inc.

在摄取微塑料纤维实验中使用FlowCam进行识别与枚举

Woods等人(2017)使用FlowCam对蓝色贻贝(Mytilus edulis)中聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料纤维(MPF)的摄取、消化和排出进行了量化(图4)。将贻贝置于浓度为3,000 MPF/L至30,000 MPF/L的经过滤海水中，并喂食盐红单胞藻(Rhodomonas salina)(图5)。

在研究期间，每隔一段时间，通过计算处理水中R. salina和MPF浓度的变化来确定每个贻贝的MPF和微藻吸收率。用FlowCam对处理水中、假粪便、粪便中的MPF进行定量。

VisualSpreadsheet中的图像识别函数根据形态学对颗粒进行识别。Woods等人从所有颗粒物图像中选取纤维图像采样，并在VisualSpreadsheet中执行图像识别功能。类似纤维状颗粒的图像是从其他颗粒物质的图像中筛选出来的。收集了MPF和处理中存在的天然纤维(海洋纤维、实验室纤维)。本研究中使用的纤维是由聚对苯二甲酸乙二醇酯织物的纤维通过刀片剪切获得的，因此显示出尖锐的、未风化的边缘，自然产生的纤维具有磨损和风化边缘的纤维。在使用VisualSpreadsheet的图像识别功能识别MPF后，VisualSpreadsheet将枚举该集合内的图像总数(图4)。

Woods等人发现，暴露在浓度为15000 MPF/L或更高浓度的贻贝中，微藻的吸收率大大降低。在3万MPF/L时，假粪便产量与MPF吸收率呈正相关。一粒单独粪便颗粒高达70MPF。

图4。(上图)FlowCam拍摄的聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料纤维(MPF)。上述MPF易碎的非风化边缘将其与其他自然发生的风化纤维区分开来。资料来源:Woods et al.(2017)。

图5。(上图)由FlowCam在10X拍摄的Rhodomonas salina。资料来源：Yokogawa Fluid Imaging Technologies, Inc.

用FlowCam评估微塑料的分解分离

Lorenz等人(2017)利用开发的六步酶氧化分解技术，评估了天然海洋水样中微塑料分解分离的效果(图6)。通过计算颗粒物质在消化步骤之前到之后总表面积的变化来评估每个消化步骤的效率(图7)。FlowCam捕捉到每个颗粒(微塑料或浮游生物)的图像，通过VisualSpreadsheet计算出基于面积的直径(ABD)。各消化步骤的效果以总颗粒物质ABD的减少来表示。Lorenz等人观察到，完整的分解过程(所有六个步骤)可使总颗粒面积减少98.6%。

分解之后，剩余的颗粒物从水基质中过滤。使用FlowCam计算每毫升样品中颗粒物的总面积，以确定适当的过滤体积，以免过滤器超载。

图6。(上图)酶解前样品中的颗粒物图像。请注意硅藻、甲藻、浮游动物和碎屑的图像，其中大部分已被分解过程所清除。资料来源:Lorenz et al.(2017)。

图7。(上图)Lorenz等人用于从海洋水样中的有机物中分离微塑料的六步消解法。通过VisualSpreadsheet使用FlowCam图像计算发现每一步都显示了剩余颗粒物面积的减少。资料来源:Lorenz et al.(2017)。

关于FlowCam

由毕格罗海洋科学实验室开发的FlowCam是一款连续成像的流式细胞仪和颗粒分析仪，用于研究和监测海洋和淡水系统中的微生物和颗粒。通过提供2μm至5mm大小的离散颗粒的高分辨率数字图像(图8)，FlowCam可以提供细胞计数、大小数据，包括长度、宽度、面积、各种直径读数以及生物体积测量，以及大约40个额外的成像颗粒的图像参数。FlowCam拥有专有软件，其中包括一种模式识别算法，允许用户“训练”仪器识别感兴趣的生物或颗粒。这也提供了基于图像分析的自动分类生物和/或样品中的颗粒的能力。今天，有超过1000台FlowCam正在60多个国家使用，以研究和监测水生系统中的微生物。

图8。(上图)由FlowCam在10倍物镜下拍摄的缅因湾的浮游植物群落。资料来源：Yokogawa Fluid Imaging Technologies, Inc.