A. 流式細胞技術原理 Principle of flow cytometry

流式細胞儀是以顯微鏡技術、血球計數技術、噴墨技術為三大基石發展出的儀器,主要由液流系統 (Fluidics)、光學系統 (Optics)、電子系統 (Electronics) 所組成。原理為利用鞘液 (sheath fluid) 流通過程中加壓,使樣品管中的細胞懸浮液循採樣管路進入液流腔 (flow chamber),再利用管徑縮減形成流體動力聚焦 (hydrodynamic focusing),讓細胞或懸浮粒成為單顆排列,依序通過打在分析槽 (flow cell) 上的雷射。由於細胞大小及內容物會對雷射光造成散射,且雷射光能夠激發標定於細胞上的螢光物質,因此能藉由收集前向散射光 (FSC)、側向散射光 (SSC)、螢光 (FL) 光學訊號,轉換為電子訊號,加以分析而得知樣品中的細胞類型及特性流式分析圖表以柱型圖 (Histogram) 及點圖 (Dot Plot) 為主,使用柱型圖時需先指定 X 軸顯示項目,例如螢光強度(FL intensity),Y 軸則顯示相對應於不同訊號強度的顆粒數 (events);使用點圖則 XY 軸均需指定,例如 X 軸顯示前散射光強度 (FS integral)Y 軸顯示側散射光強度 (SS log)。不論是柱型圖或點圖,均可界定或圈選細胞群,針對特定細胞群做進一步分析。流式細胞分選儀除了分析之外,主要功能即細胞分選 (Sorting),能夠進行細胞分選的液流腔必須結合有壓電或電磁轉換器(Piezoelectric Transducer or Electromagnetic Transducer),並需在分選時加上電極板。分選時由於仍持續以雷射光偵測通過的細胞訊號,便可知道目前通過的細胞是否落於欲分選的目標群。同時,利用壓電轉換器帶動液流腔,藉振波原理使流通的水柱形成水珠,當振動頻率與振幅大小調整至適當時,即可利用水珠攜帶如細胞之類的顆粒物質。若通過的細胞落於欲分選的目標群範圍,壓電轉換器即瞬間通電而使水珠帶電,因此水珠自水柱斷裂時帶有電荷,帶電荷的水珠由下方兩側分別帶正負電的電極板 (deflection plates) 引導,落入兩側的樣品收集管中。利用讓水珠帶正電或負電,可決定其所攜帶的細胞要落入哪一側的樣品收集管,不帶電的水珠 (非目標細胞) 則落入中央的收集管或廢液區,收集的細胞可供後續培養或實驗使用。流式細胞技術在生命科學研究上用途廣泛可應用於細胞週期分析、倍體數分析、染色體核型分析(Chromosome Karyotyping、基因組大小評估染色體分選、胞器分選微生物分析分選、血液及骨髓細胞和淋巴細胞分析分選、鈣離子及膜電位分析、癌症研究、臨床檢驗等方面。


B. 流式細胞技術應用 Applications of Flow Cytometry