采用集成光子技术的片上流式细胞仪，瞄准高通量细胞分析

Sarcura是一家位于奥地利的早期技术初创公司，imec是世界领先的纳米电子和数字技术研究与创新中心，双方共同开发了一种采用集成光子技术的片上流式细胞仪概念验证原型。这项创新为人类白细胞的检测和鉴别提供了一个独特的平台，标志着向成本经济、可扩展且高度并行的细胞分析迈出了重要一步。

准确识别人体细胞是现代医学的关键操作之一，对于了解疾病机理、推进靶向和个性化治疗至关重要。随着细胞制造技术的出现，活细胞现在可以被设计改造以用于治疗，特别是治疗癌症的CAR-T免疫细胞疗法等突破性疗法。在复杂的细胞产物中，高通量鉴定这些治疗细胞的能力至关重要，并且通常是时间敏感的。

对此，流式细胞仪是当前的首选方法，它可以在单个细胞经过激光时根据其物理和化学特性来表征细胞群。但是，目前的方法涉及笨重的仪器、复杂的手动工作流程（存在污染风险）和高昂的运营成本。这些挑战阻碍了细胞疗法在更广泛环境中的普及和应用。

为了解决这些限制，imec利用其在CMOS技术、光子学和流体学方面的专业知识，实现了流式细胞仪的自动化、微型化和并行化。在发表于Scientific Reports期刊上的一项研究中，imec与Sarcura共同开发了一种采用集成光子技术的片上流式细胞仪。该光流体（opto-fluidic）芯片在imec的200 mm CMOS试验线上制造而成，采用了开创性的材料堆叠，通过波导光学器件实现了细胞照明和散射光捕捉，并利用微流控通道将细胞精确输送到检测点。

Sarcura联合创始人、首席执行官Daniela Buchmayr表示：“正如这款新型集成光子芯片所成功展示的那样，硅光子技术是一种革命性的基本构建模块，它将单细胞检测功能与大规模并行化融合在了一起，并实现了显著的微型化。这一突破为解决细胞疗法制造等应用中过去无法解决的难题提供了新可能。”

imec科学主任Niels Verellen说：“我们首次证明，单片集成生物光子芯片可用于收集光散射信号，从而对患者血液样本中的淋巴细胞和单核细胞进行分辨，其性能可与商用细胞仪媲美。其主要优势在于可对多个流道进行密集并行化处理，从而提高系统吞吐量。” 

下一阶段，这种紧凑的无对准设计应该能够在有限的时间内识别数十亿个细胞。最重要的是，该芯片结构可与imec之前开发的气泡喷射细胞分拣模块无缝集成，并兼容晶圆级制造。此外，其光子器件和布局可根据具体应用进行定制。因此，这一概念验证标志着向成本经济、可扩展且高度并行化的细胞分选平台迈出了实质性的一步。

片上流式细胞仪

芯片层堆叠的横截面示意图，显示了光耦合到芯片、细胞照明以及细胞散射信号的捕捉和检测。（右图）使用所开发片上流式细胞仪测量的完整外周血单核样本的实验散点图。