流式细胞术（Flow Cytometry，FCM）自70年代发明之初便汇聚了计算机技术、激光技术、流体力学、细胞化学及细胞免疫学的智慧，是现代生物学研究中最重要的技术之一，与激光共聚焦和膜片钳技术并称“拉动现代生物科学研究的三驾马车”。
现代流式细胞术在单克隆抗体制备技术和定量荧光细胞化学不断发展以及流式细胞仪研制革新的驱动下，以其高速客观，能够处理复杂样本并同时获取多种参数等诸多优点，受到越来越多的生物医学研究和药物研发机构的推崇。
流式细胞术的雏形
“流式细胞术”的概念是在1934年被提出来的。那一年Moldavan在《Science》上发表了一篇文章，首次提出了当悬浮的血细胞流过一个毛细管时，通过光电传感器记录的光信号可以实现“细胞计数”的想法。不过第一个将这个想法付诸实施的人却是Gucker，他在1947年的《Journal of American Chemical Society》上介绍了一个装置，可用于检测气溶胶中的微生物。该装置通过鞘流将样本引导到流动室中央，当细胞通过检测区时使用光源进行照射，然后以光电管接收细胞产生的光信号。
Gucker的装置建成后，科学家们又开始尝试将这个技术应用到细胞计数上。1953年，Crosland-Taylor在血细胞计数仪上使用了类似Gucker装置的鞘流技术和光学系统，第一次完整实现了Moldavan的最初想法。很多产商非常看好这种计数仪，纷纷投入资源开发类似的分析设备。至上个世纪50年代末，相关方法学原理和应用都已成熟，流式细胞术初具雏形。
流式细胞仪的实验室搭建
20世纪60年代初，很多科学家开始尝试利用细胞染色和显微镜图像扫描技术进行白细胞分类，不过研究过程异常复杂和艰难。而此时，在IBM工作的Louis Kamentsky却另辟蹊径，搭建了一台流式细胞仪原理样机用于白细胞分类研究，并取名“Rapid Cell Spectrophotometer (RCS)”。这台流式细胞仪采用显微分光光度技术代替了原始的图像扫描，采用样本液流动传送装置取代了传统的显微镜平台，使得过去费时、复杂的细胞分类工作变得简单、高效。1965年Kamentsky在《Science》上发表了他的研究成果，很多人也因此把他看做是建立流式细胞仪的第一人。
Kamentsky的RCS还配备了一个注射泵分选装置，同样发表在1967年的《Science》上，不过遗憾的是，这篇文章却不是首篇关于细胞分选的文章，在Los Alamos Scientific Laboratory的Mack Fulwyler走在了Kamentsky的前面，于1965年率先在《Science》上发表了第一篇基于Coulter原理和喷墨打印机技术的细胞分选的文章，他也因此被认为是“液滴分选之父”。
Kamentsky共搭建了两台RCS，其中一台借给了斯坦福大学的Leonard Herzenberg。在1969年的《Science》上， Herzenberg第一次发表了利用荧光染色技术对细胞进行分选的方法。在随后的几年，Herzenberg又在RCS基础上对流式细胞仪进行了改进，搭建了用荧光触发的流式细胞分选仪（Fluorescence Activated Cell Sorter，FACS），并建立了将FACS与荧光单克隆抗体结合检测细胞的技术。从此，流式细胞仪开始进入“荧光染色时代”。
区别一组概念：随着时代的发展，FCM（流式细胞术）与FACS（荧光激发细胞分选实验）所指代的具体实验技术各有侧重。
商品化流式细胞仪的出现
尽管没有像Kamentsky、Fulwyler和Herzenberg那样在《Science》上发表过类似的“传世佳作”， 德国科学家Wolfgang Göhde却因1969年研制了世界上第一台商品化的荧光流式细胞仪“Impulscytophotometer”（ICP-11）而“名留千古”。
Kamentsky离开IBM后创建了一家公司Bio/Physics Systems，并于1970年推出了流式细胞仪Cytograf和Cytofluorograf。1972年在斯坦福大学，Herzenberg开发出FACS后，又与Becton-Dickinson（BD）公司合作，于1974年推出了BD的第一款商用流式细胞仪FACS-1。同期，Fulwyler也离开了他所工作的实验室，加盟到Coulter公司旗下的Particle Technologies继续研究流式细胞仪，后来在他和Robert Auer的带领下Coulter公司也在1975年推出了自己的第一款商用产品TPS-1。
FACS-1与Herzenberg
从科研到临床
随着单克隆抗体制备技术的广泛应用，越来越多的血细胞分化决定簇（cluster of differentiation, CD）被发现。在研究这些CD在细胞分化和调控机制中的作用时，流式细胞仪起到了重要作用，从而促成了相关科研成果向医学领域的快速转化。
CD4细胞计数就是一个利用流式细胞仪把科研转化到临床应用过程中具有代表性的例子。结合流式细胞仪和单克隆抗体，可以将T淋巴细胞划分为CD4细胞和CD8细胞，而前者是人体免疫系统的“司令官”，指导着其它免疫细胞对抗病原微生物的侵袭。在AIDS发病机制的研究中发现，HIV入侵的靶细胞主要是CD4细胞，病毒感染细胞后会大量繁殖，直接溶解、破坏CD4细胞，致使AIDS患者常常表现为CD4细胞降低，因而CD4细胞计数成为了AIDS的诊断依据。CD4细胞在HIV/AIDS中重要作用的发现，使过去仅在科研中使用的流式细胞仪开始走入医学诊断领域，并成为临床上检测CD4细胞的主要方法。
科研人员用流式细胞仪在CD4细胞的研究和应用为临床医学应用打开了一扇窗，为人们展示了流式细胞仪的重要作用，也为临床医学带来了巨大的变化。目前，通过流式细胞仪对淋巴细胞亚群（例如T、B、NK细胞）分析已成为临床上评估免疫功能的主要方法，在免疫缺陷病、移植排斥反应、感染性疾病、自身免疫病、肿瘤、间质性肺疾病等的诊断、治疗和疗效预测中都发挥着越来越重要的作用；以流式免疫分型为主体的MICM分型方法取代了以形态学为依据的FAB分型，使白血病分型更趋细致和精确；流式CD34细胞计数法取代了体外集落形成单位计数法，为评估干细胞采集效果提供了简单、快速的方法；通过流式细胞仪研究Th1/Th2、Treg、Th17等重要免疫细胞，为阐明某些疾病的发病机制提供更多证据。随着时间的推移，流式细胞仪将在临床医学领域扮演着越来越重要的角色。
从单色向多色
早期，流式细胞仪在科研中的主要应用是DNA含量测定，这种技术要求不高，配备一个散射光和一个荧光通道的流式细胞仪就可以完成检测。不过1975年Köhler和Milstein建立单克隆抗体制备技术之后，越来越多新抗体和荧光染料被发现，科学家们可以同时使用多个荧光标记抗体来研究细胞，因此对多激光、多荧光流式细胞仪的需求越来越大。
多色流式细胞仪可以同时收集更多的细胞信息，意味着在得到相同的参数和信息的情况下，可以减少样本测试的次数。上世纪80年代，在使用双色（荧光）流式细胞仪时，要完成淋巴细胞亚群（T、B、NK细胞）的鉴别需要6次测试。但随着4~6色流式细胞仪的出现，只需1~2次测试就可完成。当然荧光数量也并非越多越好，太多的荧光信号除了增加仪器成本外，它们之间还会相互“渗漏”，使荧光补偿变得异常复杂和繁琐，甚至可能导致补偿错误而影响检测结果。
从相对到绝对
由于技术原理上的限制，早期的流式细胞仪只能进行被测细胞的百分比测试，却无法直接输出细胞的绝对浓度（单位体积内的细胞数，又称绝对计数）。随着临床研究的不断深入，科研人员发现某些被测细胞的浓度对于临床诊断和治疗具有非常重要的意义。例如，WHO就建议以“ CD4+细胞小于500个/μL ”作为启动抗逆转录病毒治疗的重要依据。
为了解决绝对计数的问题，传统流式细胞仪主要使用双平台法和微球法。双平台法分别从血细胞分析仪和流式细胞仪获得相关细胞的绝对值和百分比，再通过二者的乘积得出被测细胞的绝对计数值。由于该法需要使用两种仪器，操作步骤多、变异系数大，不同实验室之间的差异也较大，因此已逐渐被其它方法所取代。微球法则是把被测样本加入到具有已知数量微球的试管中，然后通过被测细胞和微球的比例关系来进行绝对计数。由于计数微球价格较为昂贵，测试成本过高，这种方法一直未被临床广泛采用。
从传统到质谱
随着多激光多色流式细胞仪的发展，人们发现荧光素发光光谱间的泄漏和补偿成为多色流式细胞分析仪应用的一个约束。质谱流式细胞仪是在通过流式细胞分析的过程中结合了质谱仪的测量方法，采用金属元素标记物偶联特异性抗体，然后利用流式细胞术原理分离单个细胞，再使用感应耦合等离子质谱（ICP-MS）测量单个细胞的原子质量谱，将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部抗原分子的数据。
与传统流式细胞技术相比，金属元素同位素质谱峰非常窄小，利用质谱流式细胞技术完全可以克服荧光素发光光谱的相互泄漏问题，即使几十个甚至上百个测试通道也互不干扰，这在传统流式细胞仪上是无法想象的。
2018年诺贝尔获得者James P.Allison和Fludigm公司的质谱流式细胞仪Helios
CyTOF平台最初由DVS Sciences公司开发，后被Fluidigm公司收购。仪器采用同位素标记抗体来标记或识别细胞表面和内部的信号分子，并根据流式细胞原理分离单个细胞，再用感应耦合等离子质谱（ICP-MS）观察单个细胞的原子质量谱，最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部的信号分子数。
内容摘选自迈瑞流式
