聲光偏轉器(qi)（AODF）在高速細胞分選中(zhong)的(de)關鍵作用：ICS技術簡介

快速和選擇性地分離具有du 特空間和形態特征的(de)(de)單細(xi)(xi)胞仍然是一(yi)個技(ji)術(shu)挑戰。來自(zi)Science的(de)(de)這篇(pian)文章(zhang)建立了一(yi)種基于高速成像的(de)(de)細(xi)(xi)胞分(fen)選(xuan)（ICS）技(ji)術(shu)，借助聲(sheng)光偏轉器調制產生(sheng)的(de)(de)光斑線性陣列和信號分(fen)析系統(tong)來高速探測細(xi)(xi)胞的(de)(de)空間特征，使流式細(xi)(xi)胞術(shu)更上一(yi)層樓(lou)。

自(zi)從(cong)流(liu)式細胞(bao)術(shu)被(bei)發明的(de)(de)50多年來，用(yong)其進(jin)行(xing)細胞(bao)分(fen)選(xuan)一直是(shi)生物(wu)學家zui有(you)效(xiao)的(de)(de)工具之一。讓研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)得以從(cong)復雜(za)的(de)(de)混(hun)合物(wu)中(zhong)分(fen)離出感(gan)興趣(qu)的(de)(de)細胞(bao)，而這一過程對于(yu)了解細胞(bao)的(de)(de)功(gong)能至關重要(yao)。這項技術(shu)的(de)(de)大規模升級，要(yao)歸功(gong)于(yu)海德堡EMBL和BD Biosciences的(de)(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)提出的(de)(de)一種高(gao)速(su)成像的(de)(de)細胞(bao)分(fen)選(xuan)技術(shu)（ICS），發表(biao)于(yu)Science，題為(wei)“High speed fluorescence image-enab LED cell sorting"，并且該研(yan)究(jiu)榮登為(wei)VOLUME 375|ISSUE 6578的(de)(de)封(feng)面故事。Science對封(feng)面的(de)(de)描述如下：表(biao)達(da)熒光標記蛋白（綠色）的(de)(de)靶細胞(bao)被(bei)藍色激光照(zhao)亮(liang)，并從(cong)一個(ge)旋轉(zhuan)的(de)(de)細胞(bao)池中(zhong)選(xuan)出。新的(de)(de)細胞(bao)分(fen)選(xuan)技術(shu)結合了流(liu)式細胞(bao)術(shu)的(de)(de)通量和定量能力，還包括(kuo)多色熒光顯微鏡的(de)(de)空間分(fen)辨率等優(you)勢，使(shi)得每秒分(fen)離高(gao)達(da)15,000個(ge)具有(you)復雜(za)表(biao)型的(de)(de)細胞(bao)成為(wei)可能。

相(xiang)較于傳統流(liu)式細(xi)(xi)胞(bao)(bao)術只(zhi)能憑(ping)借簡單的(de)特(te)性（例(li)如(ru)蛋(dan)(dan)白(bai)質表達水平(ping)）來分(fen)離細(xi)(xi)胞(bao)(bao)，新型高通量ICS技術讓研究(jiu)人員可(ke)以捕捉和(he)分(fen)析高分(fen)辨率的(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)快(kuai)速連(lian)拍，從而能夠(gou)(gou)根據(ju)圖(tu)像(xiang)數據(ju)中的(de)特(te)征(zheng)（如(ru)蛋(dan)(dan)白(bai)質和(he)生物標記物在細(xi)(xi)胞(bao)(bao)中的(de)定位位置(zhi)）來分(fen)離細(xi)(xi)胞(bao)(bao)，并增加了(le)多色(se)熒光顯微成(cheng)像(xiang)的(de)功能。這(zhe)些特(te)征(zheng)提供了(le)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)內(nei)部運作的(de)豐富信息，而這(zhe)是先(xian)前的(de)流(liu)式細(xi)(xi)胞(bao)(bao)儀無法觀察到的(de)。數據(ju)采集、圖(tu)像(xiang)重建、圖(tu)像(xiang)分(fen)析和(he)分(fen)選的(de)整個過(guo)程在幾微秒內(nei)完成(cheng)，使 ICS 能夠(gou)(gou)以高達每秒 15,000 個細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)速度進行工作。

在本研究中，ICS結合了以下三(san)種技術

（i）使用射頻標記(ji)發射的熒光成(cheng)像（FIRE）系統，這是一種快速熒光成(cheng)像技術

（ii）傳統(tong)的基于石英杯的液滴分(fen)選器

（iii）新型低延遲信(xin)號(hao)處理和分析電(dian)子(zi)裝置(zhi)。

為了在(zai)1.1m/s的高速(su)流動的細胞(bao)中實現無模糊成像，ICS中FIRE技術至關(guan)重要，在(zai)核心(xin)液流中產生(sheng)橫跨60mm的104個(ge)激光(guang)光(guang)束(shu)陣列，而這正是聲(sheng)光(guang)偏轉器(qi)（AOD）的優勢所在(zai)。

在圖左側的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等間隔的多個射頻信號進行調制，將單個488nm的連續光分割成104個小光束組成的線性陣列，具有不同的頻率和出射（偏轉）角度，這里的每束光zui終代表了生成圖像中單個水平像素。而另一路通過AOD(Gooch & Housego, Inc.)產生一個本地振蕩光束，移頻了200MHz。兩路光束的模式匹配，zui終在50/50分束器中進行合束，并聚焦在細胞流上。該激發系統所產生的線性陣列激光，每個束光都有一個du 特的拍頻調制（f1,f2,f3...fn），由合束前(qian)本地振蕩光(guang)束頻率和各自的光(guang)束頻率之間的差異產生。

如此(ci)一(yi)來，當細(xi)胞(bao)通過(guo)流式(shi)細(xi)胞(bao)儀的(de)光(guang)學(xue)探(tan)測區域(yu)時(shi)，陣(zhen)列(lie)中每個光(guang)束(shu)都會激(ji)發(fa)出(chu)帶有特(te)定頻(pin)率(lv)的(de)熒光(guang)以(yi)及散射光(guang)信(xin)號。當這些光(guang)束(shu)被PMT探(tan)測到時(shi)，每個頻(pin)率(lv)的(de)小光(guang)束(shu)都攜帶著細(xi)胞(bao)內部(bu)空間以(yi)及位置信(xin)息，因此(ci)生成的(de)波形圖(tu)(tu)通過(guo)傅里(li)葉變化(hua)算法可(ke)以(yi)復原(yuan)空間信(xin)息，從(cong)而解構原(yuan)先細(xi)胞(bao)的(de)二維圖(tu)(tu)像。

昊量光(guang)(guang)電可以(yi)提供G&H多(duo)種標準AODF產(chan)品(pin)，波長區域從紫外(wai)到(dao)中紅(hong)外(wai)均有(you)(you)，并且(qie)有(you)(you)配(pei)套(tao)的(de)驅動器，滿足您(nin)一維以(yi)及二維掃(sao)描(miao)的(de)各種運用。對于ICS，G&H的(de)4200-1是您(nin)的(de)理想(xiang)聲光(guang)(guang)偏轉器的(de)選擇(ze)。適用于405-488nm的(de)可見藍紫光(guang)(guang)，并具有(you)(you)100MHz的(de)射頻頻率工作帶寬。

為了更好的理解(jie)FIRE這項(xiang)創新(xin)技術，我(wo)們不妨尋根究底，在(zai)下期看(kan)看(kan)發(fa)表在(zai)Nature Photonics上zui早提(ti)出(chu)FIRE (fluorescence imaging using radiofrequencytagged emission)顯微技術的這篇(pian)文章：

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

相關文(wen)獻：

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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