采用集成光子技術(shù)的片上流式細(xì)胞儀，瞄準(zhǔn)高通量細(xì)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(xì)胞儀概念驗(yàn)證原型。這項(xiàng)創(chuàng)新為人類白細(xì)胞的檢測和鑒別提供了一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)，標(biāo)志著向成本經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展且高度并行的細(xì)胞分析邁出了重要一步。

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

對(duì)此，流式細(xì)胞儀是當(dāng)前的首選方法，它可以在單個(gè)細(xì)胞經(jīng)過激光時(shí)根據(jù)其物理和化學(xué)特性來表征細(xì)胞群。但是，目前的方法涉及笨重的儀器、復(fù)雜的手動(dòng)工作流程（存在污染風(fēng)險(xiǎn)）和高昂的運(yùn)營成本。這些挑戰(zhàn)阻礙了細(xì)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(shí)，實(shí)現(xiàn)了流式細(xì)胞儀的自動(dòng)化、微型化和并行化。在發(fā)表于Scientific Reports期刊上的一項(xiàng)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(xì)胞儀。該光流體（opto-fluidic）芯片在imec的200 mm CMOS試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了細(xì)胞照明和散射光捕捉，并利用微流控通道將細(xì)胞精確輸送到檢測點(diǎn)。

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(xì)胞檢測功能與大規(guī)模并行化融合在了一起，并實(shí)現(xiàn)了顯著的微型化。這一突破為解決細(xì)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(hào)，從而對(duì)患者血液樣本中的淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞進(jìn)行分辨，其性能可與商用細(xì)胞儀媲美。其主要優(yōu)勢在于可對(duì)多個(gè)流道進(jìn)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(xì)胞照明以及細(xì)胞散射信號(hào)的捕捉和檢測。（右圖）使用所開發(fā)片上流式細(xì)胞儀測量的完整外周血單核樣本的實(shí)驗(yàn)散點(diǎn)圖。

下一階段，這種緊湊的無對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)該能夠在有限的時(shí)間內(nèi)識(shí)別數(shù)十億個(gè)細(xì)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(xì)胞分揀模塊無縫集成，并兼容晶圓級(jí)制造。此外，其光子器件和布局可根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行定制。因此，這一概念驗(yàn)證標(biāo)志著向成本經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展且高度并行化的細(xì)胞分選平臺(tái)邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。

審核編輯：劉清