采用集成光子技術(shù)的片上流式細胞儀，瞄準高通量細胞分析

Sarcura是一家位于奧地利的早期技術(shù)初創(chuàng)公司，imec是世界領(lǐng)先的納米電子和數(shù)字技術(shù)研究與創(chuàng)新中心，雙方共同開發(fā)了一種采用集成光子技術(shù)的片上流式細胞儀概念驗證原型。這項創(chuàng)新為人類白細胞的檢測和鑒別提供了一個獨特的平臺，標志著向成本經(jīng)濟、可擴展且高度并行的細胞分析邁出了重要一步。

準確識別人體細胞是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵操作之一，對于了解疾病機理、推進靶向和個性化治療至關(guān)重要。隨著細胞制造技術(shù)的出現(xiàn)，活細胞現(xiàn)在可以被設(shè)計改造以用于治療，特別是治療癌癥的CAR-T免疫細胞療法等突破性療法。在復(fù)雜的細胞產(chǎn)物中，高通量鑒定這些治療細胞的能力至關(guān)重要，并且通常是時間敏感的。

對此，流式細胞儀是當(dāng)前的首選方法，它可以在單個細胞經(jīng)過激光時根據(jù)其物理和化學(xué)特性來表征細胞群。但是，目前的方法涉及笨重的儀器、復(fù)雜的手動工作流程（存在污染風(fēng)險）和高昂的運營成本。這些挑戰(zhàn)阻礙了細胞療法在更廣泛環(huán)境中的普及和應(yīng)用。

為了解決這些限制，imec利用其在CMOS技術(shù)、光子學(xué)和流體學(xué)方面的專業(yè)知識，實現(xiàn)了流式細胞儀的自動化、微型化和并行化。在發(fā)表于Scientific Reports期刊上的一項研究中，imec與Sarcura共同開發(fā)了一種采用集成光子技術(shù)的片上流式細胞儀。該光流體（opto-fluidic）芯片在imec的200 mm CMOS試驗線上制造而成，采用了開創(chuàng)性的材料堆疊，通過波導(dǎo)光學(xué)器件實現(xiàn)了細胞照明和散射光捕捉，并利用微流控通道將細胞精確輸送到檢測點。

Sarcura聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官Daniela Buchmayr表示：“正如這款新型集成光子芯片所成功展示的那樣，硅光子技術(shù)是一種革命性的基本構(gòu)建模塊，它將單細胞檢測功能與大規(guī)模并行化融合在了一起，并實現(xiàn)了顯著的微型化。這一突破為解決細胞療法制造等應(yīng)用中過去無法解決的難題提供了新可能?！?/p>

imec科學(xué)主任Niels Verellen說：“我們首次證明，單片集成生物光子芯片可用于收集光散射信號，從而對患者血液樣本中的淋巴細胞和單核細胞進行分辨，其性能可與商用細胞儀媲美。其主要優(yōu)勢在于可對多個流道進行密集并行化處理，從而提高系統(tǒng)吞吐量?！?/p>

芯片層堆疊的橫截面示意圖，顯示了光耦合到芯片、細胞照明以及細胞散射信號的捕捉和檢測。（右圖）使用所開發(fā)片上流式細胞儀測量的完整外周血單核樣本的實驗散點圖。

下一階段，這種緊湊的無對準設(shè)計應(yīng)該能夠在有限的時間內(nèi)識別數(shù)十億個細胞。最重要的是，該芯片結(jié)構(gòu)可與imec之前開發(fā)的氣泡噴射細胞分揀模塊無縫集成，并兼容晶圓級制造。此外，其光子器件和布局可根據(jù)具體應(yīng)用進行定制。因此，這一概念驗證標志著向成本經(jīng)濟、可擴展且高度并行化的細胞分選平臺邁出了實質(zhì)性的一步。

審核編輯：劉清