检测参数主要包括细胞被光源激发之后所发出的散射光和特异性荧光信号。流式细胞仪可以实现在短时间内对大量细胞群体的所有参数进行快速准确的分析，新型的流式细胞仪每秒钟可以准确分析数千上万个细胞，因此深受广大科研工作者的欢迎。随着技术的日趋完善，其应用范围也日益广泛，应用领域从细胞生物学基础研究扩展到肿瘤学、免疫学、血液学和临床检验等各方面，利用流式细胞术可以进行细胞周期分析、DNA倍性分析、细胞凋亡检测、胞内外细胞因子检测、细胞膜电位和胞内pH值检测、染色体检测、血细胞表面抗原分型等实验。

现代流式细胞仪的发展起源于对细胞自动计数仪的研究。1934年，A.莫尔达万^[注]首次报道了一种利用显微镜对细玻璃管中流动的细胞进行计数的装置，实现了从显微镜技术向流式细胞术跨越的第一步；1953年，英国科学家P.J.克罗斯兰-泰勒^[注]成功将鞘液系统引入计数仪中，解决了聚集细胞容易堵塞玻璃管的问题；1956年，美国发明家W.H.库尔特^[注]利用其专利技术——库尔特（Coulter）原理设计出了血细胞计数仪；1965年，M.J.富尔怀勒和L.A.卡门茨基分别开发了各自的流式细胞仪；1969年，范迪拉^[注]等在美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室研制出的流式细胞仪用氩离子激光作为光源，采用鞘液流系统，实现了微滴分选的功能，可以同时检测两种荧光和各个角度的散射光；W.古德等首先应用流式细胞仪测量了细胞中DNA的含量；1972年，L.海曾堡^[注]团队在斯坦福大学研制出了一台荧光激活细胞分选仪（fluorescence-activated cell sorter; FACS），标志着流式细胞仪商品化时代的到来。

现代流式细胞仪主要分为两类，一类是不具备分选功能的分析型流式细胞仪，另一类是具备分选功能的分选型流式细胞仪。

流式细胞仪主要由四部分组成：液流系统、光学系统、信号检测系统和分选系统。

液流系统包括样本流、鞘液流和流动室三部分，其作用是将待测样本中的细胞准确传送到激光束的中心。样本流和鞘液流形成稳定的同轴流动状态（图1），样本流周围被鞘液流包裹在正压力作用下流入流动室，在流体动力学聚焦作用下，样本流呈一条很细的直线通过流动室的喷嘴。这种鞘液流系统的设计，不仅很好地解决了细胞容易堵塞喷嘴的问题，提高了检测速度，还可以保证激光准确照射在细胞中心产生稳定的荧光信号。

图1 流式细胞仪液流系统示意图

光学系统主要由激光光源、透镜和滤光片等组成。由于激光具有单色性、稳定性好、能量高等特点，流式细胞仪多采用它作为激发光源。激光器主要有气体激光器（如氩离子激光器、氦氖离子激光器等）、染料激光器和固体激光器（半导体激光器）。根据实验需要可以配备不同数量的激光器，激光数量越多，检测的范围越广。

待测细胞经过流动室时被激光垂直照射后，产生不同角度的散射光和特异标记的荧光。散射光包括前向角散射光（forward scatter; FSC）和侧向角散射光（side scatter; SSC）。FSC信号也称为小角度散射光，其方向与激光束方向平行，主要与被测细胞或微粒的体积大小相关；SSC信号也称为90°散射光，其方向与激光束和液流成平面垂直，主要与细胞内部颗粒度和精细结构变化相关。荧光信号的接收方向也与激光束和液流成平面垂直，经过一系列的双色反光镜（dichroic reflector）和滤光片（filter）将不同波长的荧光信号逐一分开，并指向特定的检测器（图2），荧光信号的强度与所测细胞表面或者内部荧光标记蛋白多少相关。

图2 流式细胞仪光路示意图

待测细胞被激光光源激发后产生的光信号通过光电转换器（photodetector）转变成电脉冲信号而进行测量。光电转换器包括光电二极管（photodiodes; PDs）和光电倍增管（photomultiplier tubes; PMTs）。PMT比PD的灵敏度要高很多，所以PD一般用来检测比较强的FSC信号，PMT一般用来检测比较弱的SSC信号和荧光信号。光信号被PMT或PD转换成相应数量的电子并产生电流，电流经过放大器被转换成电脉冲信号。电流被放大的方式分为线性放大和对数放大两种。线性放大可以在适合范围内作精确测量，通常用于分析细胞内DNA含量等对分析精确度要求比较高的实验；对数放大可以在较宽范围内测量光信号强度，通常用于分析细胞表面抗原表达等对检测范围要求比较宽的实验。

分选型流式细胞仪可以根据所测定的各个参数将指定的细胞亚群从细胞群体中分离出来。现代流式细胞仪主要是采用电荷式分选的原理实现分选的。在流动室的上方配备一个超高频的压电晶体，在高频信号控制下产生振动，流动的液体也会随之产生同频振动，从而形成无数均匀的小液滴，待测细胞被包裹在这些液滴中。当系统检测到液滴中所测细胞的各个参数符合分选条件时，会给该液滴准确充电，随后带有正电荷或者负电荷的液滴通过平行高压电极板间形成的静电场，带正电荷的液滴偏向负极，带负电荷的液滴偏向正极，不带电荷的液滴不偏转直接流入废液槽，从而实现对细胞进行分选的功能（图1）。分选出来的细胞可被用于体外培养、显微观察和其他生化功能分析等实验。

流式细胞仪测定样品时，每个细胞所产生的散射光和荧光信号都会被转换成数字信号，然后被传输到计算机中储存并进一步分析。为了便于共享和分析不同品牌流式细胞仪所产生的数据，1984年，国际细胞学促进协会（the International Society for Advancement of Cytometry; ISAC）开发出了流式细胞术标准（flow cytometry standard; FCS），到2020年为止，最新的标准是FCS 3.1。按FCS格式储存的数据包括列表模式和图模式。列表模式的数据可以进行再处理和分析，但是不够直观，为了更直观地观察和分析数据，一般采用图形化的方式对数据进行显示和分析。图模式一般包括直方图（histogram）、散点图（dot plot）、等高线图（contour plot）、密度图（density plot）和三维图（3D plot）等（图3）。

直方图是一维参数最常用的图形显示形式，横坐标表示光强度，纵坐标表示细胞数量。散点图可以显示两个独立参数与细胞数量之间的关系，横纵坐标分别代表两个独立参数，图上的每个点表示在相应位置有细胞出现，但是当同一位置有多个细胞出现时，在散点图上还是只能表现为1个点。等高线图和密度图则克服了散点图的这个缺陷。等高线图中同一条线上的细胞密度相同，越靠近中心的线条表示细胞密度越大，即细胞数量越多。密度图中则是用不同颜色来表示细胞分布密度的大小，使数据的显示更加直观。三维图可以同时显示3个参数与细胞数量的关系，这对于分析复杂的细胞亚群更为直观。

流式细胞术还在不断地更新和发展，例如图像流式细胞术（imaging flow cytometry）可以同时实现流式细胞术和细胞荧光显微图像分析两种不同分析功能；光谱流式细胞术（spectral flow cytometry）可以实现对单个细胞进行快速全光谱扫描分析；质谱流式细胞术（mass cytometry）整合了质谱技术和流式细胞术，被金属元素标记的细胞会逐个被质谱仪检测，进而得知每个细胞中目标蛋白的含量。不管是传统的流式细胞术还是新型的流式细胞术，现在都已成为细胞学分析领域中无可替代的重要研究工具。

图3 FCS格式储存的数据模式（绘图模式）