聲光偏轉(zhuǎn)器（AODF）在高速細(xì)胞分選中的關(guān)鍵作用：ICS技術(shù)簡(jiǎn)介

快速和選擇性地分離具有du 特空間和形態(tài)特征的單細(xì)胞仍然是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。來(lái)自Science的這篇文章建立了一種基于高速成像的細(xì)胞分選（ICS）技術(shù)，借助聲光偏轉(zhuǎn)器調(diào)制產(chǎn)生的光斑線性陣列和信號(hào)分析系統(tǒng)來(lái)高速探測(cè)細(xì)胞的空間特征，使流式細(xì)胞術(shù)更上一層樓。

自從流式細(xì)胞術(shù)被發(fā)明的50多年來(lái)，用其進(jìn)行細(xì)胞分選一直是生物學(xué)家zui有效的工具之一。讓研究人員得以從復(fù)雜的混合物中分離出感興趣的細(xì)胞，而這一過(guò)程對(duì)于了解細(xì)胞的功能至關(guān)重要。這項(xiàng)技術(shù)的大規(guī)模升級(jí)，要?dú)w功于海德堡EMBL和BD Biosciences的研究人員提出的一種高速成像的細(xì)胞分選技術(shù)（ICS），發(fā)表于Science，題為“High speed fluorescence image-enab LED cell sorting"，并且該研究榮登為VOLUME 375|ISSUE 6578的封面故事。Science對(duì)封面的描述如下：表達(dá)熒光標(biāo)記蛋白（綠色）的靶細(xì)胞被藍(lán)色激光照亮，并從一個(gè)旋轉(zhuǎn)的細(xì)胞池中選出。新的細(xì)胞分選技術(shù)結(jié)合了流式細(xì)胞術(shù)的通量和定量能力，還包括多色熒光顯微鏡的空間分辨率等優(yōu)勢(shì)，使得每秒分離高達(dá)15,000個(gè)具有復(fù)雜表型的細(xì)胞成為可能。

相較于傳統(tǒng)流式細(xì)胞術(shù)只能憑借簡(jiǎn)單的特性（例如蛋白質(zhì)表達(dá)水平）來(lái)分離細(xì)胞，新型高通量ICS技術(shù)讓研究人員可以捕捉和分析高分辨率的細(xì)胞快速連拍，從而能夠根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中的特征（如蛋白質(zhì)和生物標(biāo)記物在細(xì)胞中的定位位置）來(lái)分離細(xì)胞，并增加了多色熒光顯微成像的功能。這些特征提供了細(xì)胞內(nèi)部運(yùn)作的豐富信息，而這是先前的流式細(xì)胞儀無(wú)法觀察到的。數(shù)據(jù)采集、圖像重建、圖像分析和分選的整個(gè)過(guò)程在幾微秒內(nèi)完成，使 ICS 能夠以高達(dá)每秒 15,000 個(gè)細(xì)胞的速度進(jìn)行工作。

在本研究中，ICS結(jié)合了以下三種技術(shù)

（i）使用射頻標(biāo)記發(fā)射的熒光成像（FIRE）系統(tǒng)，這是一種快速熒光成像技術(shù)

（ii）傳統(tǒng)的基于石英杯的液滴分選器

（iii）新型低延遲信號(hào)處理和分析電子裝置。

為了在1.1m/s的高速流動(dòng)的細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)無(wú)模糊成像，ICS中FIRE技術(shù)至關(guān)重要，在核心液流中產(chǎn)生橫跨60mm的104個(gè)激光光束陣列，而這正是聲光偏轉(zhuǎn)器（AOD）的優(yōu)勢(shì)所在。

在圖左側(cè)的Mach-Zehnder干涉儀（MZI）中，可以看到在分束器（BS）分成的兩路上，都采用了AOD (Gooch & Housego, Inc.)，其中一路由120MHz到200MHz等間隔的多個(gè)射頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將單個(gè)488nm的連續(xù)光分割成104個(gè)小光束組成的線性陣列，具有不同的頻率和出射（偏轉(zhuǎn)）角度，這里的每束光zui終代表了生成圖像中單個(gè)水平像素。而另一路通過(guò)AOD(Gooch & Housego, Inc.)產(chǎn)生一個(gè)本地振蕩光束，移頻了200MHz。兩路光束的模式匹配，zui終在50/50分束器中進(jìn)行合束，并聚焦在細(xì)胞流上。該激發(fā)系統(tǒng)所產(chǎn)生的線性陣列激光，每個(gè)束光都有一個(gè)du 特的拍頻調(diào)制（f1,f2,f3...fn），由合束前本地振蕩光束頻率和各自的光束頻率之間的差異產(chǎn)生。

如此一來(lái)，當(dāng)細(xì)胞通過(guò)流式細(xì)胞儀的光學(xué)探測(cè)區(qū)域時(shí)，陣列中每個(gè)光束都會(huì)激發(fā)出帶有特定頻率的熒光以及散射光信號(hào)。當(dāng)這些光束被PMT探測(cè)到時(shí)，每個(gè)頻率的小光束都攜帶著細(xì)胞內(nèi)部空間以及位置信息，因此生成的波形圖通過(guò)傅里葉變化算法可以復(fù)原空間信息，從而解構(gòu)原先細(xì)胞的二維圖像。

昊量光電可以提供G&H多種標(biāo)準(zhǔn)AODF產(chǎn)品，波長(zhǎng)區(qū)域從紫外到中紅外均有，并且有配套的驅(qū)動(dòng)器，滿足您一維以及二維掃描的各種運(yùn)用。對(duì)于ICS，G&H的4200-1是您的理想聲光偏轉(zhuǎn)器的選擇。適用于405-488nm的可見(jiàn)藍(lán)紫光，并具有100MHz的射頻頻率工作帶寬。

為了更好的理解FIRE這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，我們不妨尋根究底，在下期看看發(fā)表在Nature Photonics上zui早提出FIRE (fluorescence imaging using radiofrequencytagged emission)顯微技術(shù)的這篇文章：

FIRE Digitally synthesized beat frequency multiplexing for sub-millisecond fluorescence microscopy。

相關(guān)文獻(xiàn)：

Schraivogel D, Kuhn TM, Rauscher B, Rodríguez-Martínez M, Paulsen M, Owsley K, et al. High-Speed Fluorescence Image-Enabled Cell Sorting. Science (2022) 375:315–20. doi: 10.1126/science.abj3013

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