據麥姆斯咨詢報道，近日，世界領先的納米電子、數字技術研究和創新中心imec聯合奧地利早期技術初創公司Sarcura GmbH（以下簡稱“Sarcura”），展示了基于集成光子學的片上流式細胞儀的概念驗證。相關論文以“On-chip flow cytometer using integrated photonics for the detection of human leukocytes”為題發表在自然出版集團（Nature Publishing Group）旗下的《科學報告》（Scientific Reports）期刊上，這項創新為檢測和區分人體白細胞提供了一個獨特的平臺，標志著細胞分析向經濟高效、可擴展和高度并行化等方面邁出了重要的一步。
片上流式細胞儀示意圖
對人體細胞的準確識別是現代醫學的一項關鍵工作，對于理解疾病機制、推進靶向和個性化治療至關重要。隨著細胞制造技術的出現，特別是在癌癥的CAR-T免疫細胞治療方法等開創性療法中，活細胞可以被設計改造用于治療。在復雜的細胞產品中，高通量識別這些治療細胞的能力至關重要，同時識別的效率也是一個關鍵點。
目前，常用的方法是流式細胞術，它可以根據單個細胞流過激光時的物理和化學特性來表征細胞群。然而，該實施中涉及笨重的儀器、復雜的手動工作流程（有污染的風險）和高運營成本。這些挑戰阻礙了細胞療法在分散環境中的廣泛應用。
片上流式細胞儀圖片
為了解決這些限制，imec利用其在CMOS技術、光子學和應用流體學方面的專業知識來實現流式細胞術的自動化、小型化和并行化。在《科學報告》上發表的論文中，imec與Sarcura聯合推出了一款基于集成光子學的片上流式細胞儀。該光流控芯片在imec的200mm CMOS試驗線上制造而成，具有開創性的材料堆棧，可通過波導光學元件改善細胞照明和捕獲散射光，并使用微流控通道精確地將細胞遞送到檢測點。
（左）芯片層堆疊的示意圖，表明光耦合到芯片、細胞照明，以及細胞散射信號的收集和檢測；（右）用片上流式細胞儀測量全外周血單個核細胞（PBMC）樣本的實驗散點圖
Sarcura首席執行官（CEO）兼聯合創始人Daniela Buchmayr表示：“硅光子學是一種革命性的、必不可少的構建模塊，正如在這種新型光子學芯片中成功展示的那樣，它將單細胞檢測能力與大規模并行化結合在一起，使體積大幅度縮小。這一突破為解決細胞療法等應用領域未得到解決的挑戰開辟了新的可能性。”
照明光束輪廓
imec科學總監Niels Verellen說：“我們首次證明了單片集成生物光子學芯片可用于收集光的散射信號，從而可以從患者血液樣本中區分淋巴細胞和單核細胞，其性能可與商用血細胞儀相媲美。其主要優勢在于多流通道的密集并行化，從而提高系統吞吐量。”在下一階段，這種緊湊的、無需對齊的設計應該能夠在有限的時間內識別出數十億個細胞。
至關重要的是，該芯片架構與imec先前開發的氣泡噴射細胞分選模塊無縫集成，兼容晶圓級制造工藝。此外，光子元件和布局可定制，以適應特定的應用。因此，這一概念驗證標志著向經濟高效、可擴展和高度并行化的細胞分選平臺邁出了實質性的一步。
關于Sarcura
Sarcura是一家總部位于奧地利的早期技術初創公司，為細胞療法提供了新的可能性。雖然細胞療法已經徹底改變了癌癥治療策略，但制造患者衍生的細胞療法仍然是該行業面臨的重大挑戰。質量和可擴展方面的問題導致高昂的治療成本，使挽救生命的治療機會受限。Sarcura通過利用硅光子芯片技術，旨在開發一款小型化且自主化的細胞治療制造平臺。這一創新預計將使制造能力提高100倍，成本降低90%，使先進的細胞療法更容易獲得且負擔得起。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41598-024-60708-0
