聲光偏轉器（AODF）在高速細胞分選中的關鍵作用：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單細胞仍然是一個技術挑戰。來自Science的這篇文章建立了一種基于高速成像的細胞分選（ICS）技術，借助聲光偏轉器調制產生的光斑線性陣列和信號分析系統來高速探測細胞的空間特征，使流式細胞術更上一層樓。

自從流式細胞術被發明的50多年來，用其進行細胞分選一直是生物學家zui有效的工具之一。讓研究人員得以從復雜的混合物中分離出感興趣的細胞，而這一過程對于了解細胞的功能至關重要。這項技術的大規模升級，要歸功于海德堡EMBL和BD Biosciences的研究人員提出的一種高速成像的細胞分選技術（ICS），發表于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對封面的描述如下：表達熒光標記蛋白（綠色）的靶細胞被藍色激光照亮，并從一個旋轉的細胞池中選出。新的細胞分選技術結合了流式細胞術的通量和定量能力，還包括多色熒光顯微鏡的空間分辨率等優勢，使得每秒分離高達15,000個具有復雜表型的細胞成為可能。

相較于傳統流式細胞術只能憑借簡單的特性（例如蛋白質表達水平）來分離細胞，新型高通量ICS技術讓研究人員可以捕捉和分析高分辨率的細胞快速連拍，從而能夠根據圖像數據中的特征（如蛋白質和生物標記物在細胞中的定位位置）來分離細胞，并增加了多色熒光顯微成像的功能。這些特征提供了細胞內部運作的豐富信息，而這是先前的流式細胞儀無法觀察到的。數據采集、圖像重建、圖像分析和分選的整個過程在幾微秒內完成，使 ICS 能夠以高達每秒 15,000 個細胞的速度進行工作。

在本研究中，ICS結合了以下三種技術

（i）使用射頻標記發射的熒光成像（FIRE）系統，這是一種快速熒光成像技術

（ii）傳統的基于石英杯的液滴分選器

（iii）新型低延遲信號處理和分析電子裝置。

為了在1.1m/s的高速流動的細胞中實現無模糊成像，ICS中FIRE技術至關重要，在核心液流中產生橫跨60mm的104個激光光束陣列，而這正是聲光偏轉器（AOD）的優勢所在。

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），由合束前本地振蕩光束頻率和各自的光束頻率之間的差異產生。

如此一來，當細胞通過流式細胞儀的光學探測區域時，陣列中每個光束都會激發出帶有特定頻率的熒光以及散射光信號。當這些光束被PMT探測到時，每個頻率的小光束都攜帶著細胞內部空間以及位置信息，因此生成的波形圖通過傅里葉變化算法可以復原空間信息，從而解構原先細胞的二維圖像。

昊量光電可以提供G&H多種標準AODF產品，波長區域從紫外到中紅外均有，并且有配套的驅動器，滿足您一維以及二維掃描的各種運用。對于ICS，G&H的4200-1是您的理想聲光偏轉器的選擇。適用于405-488nm的可見藍紫光，并具有100MHz的射頻頻率工作帶寬。

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

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

相關文獻：

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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