光谱流式细胞术：从 “单色拍照” 到 “全彩图谱”，解锁单细胞分析新维度

流式细胞术是一种利用荧光染料和光学系统，对细胞进行高通量、单细胞水平分析的重要技术。近年来，随着技术的进步，一种更先进的形式——光谱流式细胞术（Spectral Flow Cytometry）逐渐走入研究者视野，并在免疫学、肿瘤学等多个领域显示出巨大潜力。今天的流式课堂Elabscience将和大家一起走进光谱流式细胞术，探索其原理及应用。

 

一、光谱流式的诞生与发展

传统流式细胞术自1970年代起逐渐发展成熟，其原理是通过激光激发结合在细胞上的荧光染料，并借助滤光片与光电倍增管（PMT）分离和收集不同波长的信号。进入2000年代，研究者尝试引入成像光谱理念。2004年，印第安纳大学首次提出将全光谱成像用于细胞分析；2012年，索尼发布全球首kuan商用光谱流式仪器，标志该技术进入实用阶段。随后Cytek、BD等企业陆续推出各自的全光谱系统，目前已具备支持40+参数的能力，并可搭载多激光平台。

 

二、光谱流式VS传统流式

1. 检测方式

传统流式通过滤光片和分光镜选择特定波长进行检测，类似“选定颜色再测量”。而光谱流式则采用棱镜或光栅将荧光信号分散成连续的光谱，借助多通道探测器（如PMT阵列或CCD）采集完整光谱信息，类似“拍下荧光的全彩图像”。

 

图1. 传统流式和光谱流式的光路结构及信号检测区别（图源网络）

2. 数据一致性与迁移性

光谱流式与传统流式在数据表达形式与通量上虽有差异，但同样的样本经两种系统处理后结果高度一致，Pearson相关性可达95%以上（Pearson：统计学中衡量两个连续变量之间线性相关程度的指标，取值范围在-1到1之间，相关系数的绝对值越接近1，说明变量之间相关性越强；绝对值越接近0，相关性越弱。相关系数大于0，代表变量之间存在正相关；相关系数小于0，代表负相关。）。因此，传统流式的实验体系与抗体panel可平移至光谱平台，仅需进行解混参数优化即可实现无缝衔接。

 

图2. 光谱数据与常规流式数据的一致性对比（DOI: 10.1002/cyto.a.21120）

3. 实验设计

传统流式中，研究人员需要为每种荧光染料设置单独的单染对照管，用于计算荧光信号间的串扰并进行“补偿”。而在光谱流式中，系统可利用软件中的光谱库对荧光信号进行数学拆分（称为“光谱解混”），减少单染管的使用，降低样本和试剂消耗，同时简化实验流程。

4. 自发荧光与背景噪声处理

细胞的自发荧光在某些实验中构成干扰，尤其在检测原代组织或使用弱信号染料时更为明显。传统流式难以有效区分自发荧光与真实信号，而光谱流式可视其为“特殊染料”，通过解混算法进行数学剥离，从而提升检测信噪比，增强低丰度目标分子的检测能力。

 

图3. 样本自发荧光解析前后对比（图源网络）

5. 数据分析

传统流式多依赖人工设计的“门控”策略，即基于预设规则识别不同细胞类型。而光谱流式不仅支持这种“监督分析”，还可以结合主成分分析（PCA）等“无监督”算法，从海量数据中自动发现细胞亚群，尤其适用于探索未知细胞状态或寻找稀有细胞。

三、光谱流式有哪些优势？

指标	传统流式	光谱流式
检测通道设计	染料数 ≈ 通道数	通道数 > 染料数（可复用光谱）
荧光信号拆分	需补偿矩阵	通过数学解混实现自动分离
染料选择灵活性	依赖滤光片配置	更高（支持相似光谱染料共用）
自发荧光处理	通常作为背景保留	可建模剥离，提高检测灵敏度
数据分析扩展性	多靠手动门控	支持高维降维、无监督聚类

四、光谱流式的应用与前景展望

光谱流式的未来发展有望沿以下几个方向深化：

1. 超多参数检测：未来的光谱流式仪器预计可实现对近百种荧光参数的同时测量，适合深入解析复杂的免疫系统、肿瘤微环境等。

2. 智能数据分析：机器学习与人工智能将助力解析高维数据，帮助研究者自动识别亚群、预测疾病发展或疗效。

3. 多模态检测平台：未来的流式系统有望结合成像、质谱等技术，实现细胞形态、功能、分子标志等信息的一体化采集，推动单细胞层面的多维生物学研究。

光谱流式细胞术是对传统流式理念的革新升级，具备更强的参数扩展能力、更高的信噪处理效率以及更智能的分析策略。对于科研人员而言，它不仅拓展了实验设计的可能性，也在免疫监测、疾病机制研究及新型药物开发等方面提供了更强大的技术支撑。随着仪器与算法的持续进步，光谱流式将成为推动高维单细胞分析不可或缺的核心工具。

 

自2018年正式进入流式抗体领域以来，Elabscience®始终专注于流式细胞分析相关产品的研发与优化，致力于为科研工作者提供高质量、稳定可靠的技术支持。目前，Elabscience®已建立涵盖18种荧光标记、4000余种流式抗体的产品体系，广泛适用于人、小鼠、大鼠等多个物种，满足不同研究模型和平台的应用需求。

在光谱流式技术不断发展的背景下，Elabscience®将持续聚焦抗体特异性与荧光标记稳定性的提升，推动标记技术创新，积极开发窄带发射染料以提升光谱解混效率。同时，结合用户反馈与实际应用场景，持续优化抗体克隆筛选与偶联工艺，为高维多参数检测提供更加精准和高效的解决方案。