一、传统流式细胞术的核心困境
流式细胞术通过荧光标记探针与目标生物分子结合，利用激光激发荧光信号并检测，从而实现细胞或分子的定性定量分析。在医学诊断中，它可用于急性白血病分型、循环肿瘤细胞筛查等关键场景；在药物研发中，能快速评估药物对细胞的作用效果，加速研发进程。
然而，单生物标志物检测始终是传统技术难以逾越的障碍。单个荧光生物标志物的光发射率极低，而检测过程中的背景噪声、激光强度波动、拉曼散射及样本污染物等因素，会将微弱的目标信号“淹没”。传统探测器灵敏度有限，无法区分单个生物标志物信号与干扰噪声，导致单荧光分子检测只能依赖低通量的单分子显微镜成像技术，且需固定目标分子，难以满足高通量分析需求，严重限制了其在稀有细胞检测（占比低于0.01%）、细胞内蛋白质与基因精确定量等前沿领域的应用。
二、量子测量+SNSPD：破解难题的双重核心
（一）量子测量原理：光子反聚束效应
要实现单生物标志物检测，需从原理上区分目标信号与经典干扰。量子力学中的“光子反聚束效应”提供了关键理论支撑：理想单光子源（如单个荧光生物标志物）某一时刻只能发射一个光子，且需一定时间恢复发射状态。在HBT实验装置中，光经分光镜分为两束后被两个探测器接收，单光子源不会让两个探测器同时探测到光子，这一效应可通过二阶相干函数g⁽²⁾(0)量化。
当g⁽²⁾(0)＜1时，表明光具有非经典特性，来源于单个发射体；当g⁽²⁾(0)＜0.5时，可确认信号主要来自单个生物标志物。而经典光源（如荧光团集群、杂质）的g⁽²⁾(0)≥1，这一本质差异成为区分信号与干扰的“量子标尺”。
（二）SNSPD：单光子探测的“性能天花板”
SNSPD是基于超导纳米线技术的尖端探测器，其核心优势让量子测量原理得以落地，成为单生物标志物检测的“超灵敏眼睛”，性能全面超越传统探测器：
超高探测效率：从可见光到近红外波段，探测效率均可以接近100%。
极低暗计数率：工作在极低温环境下，热噪声被极大抑制，暗计数率低至Hz量级，远优于传统探测器的几百kHz量级，从根源减少噪声干扰，实验中无需校正暗计数即可获得可靠数据。
超快响应速度：响应时间高达纳秒级，时间分辨率达到几十皮秒量级，能精准记录单个光子到达时间，与脉冲激光配合实现时间分辨检测，进一步筛选目标信号、排除背景噪声。
三、实验设计和结果：SNSPD 赋能的量子检测突破
（一）核心装置架构
研究人员搭建的量子流式细胞仪，以SNSPD为核心探测单元，整体架构包括：
激发光源：皮秒脉冲钛蓝宝石激光器，倍频后波长405nm，平均光功率100mW，重复频率76MHz。
样本系统：高度稀释的CdSe胶体量子点悬浮液，发射峰中心800nm，经浓度控制确保光学探测体积（约1飞升）内平均发射体数量为0.1~0.5个，避免信号叠加。
光学处理系统：NA=0.9的干物镜收集荧光，通过二向色镜和715nm低通滤波器双重过滤背景光，确保荧光信号纯净。
探测核心：50/50光纤分束器将荧光分为两束，入射到一对SNSPD中，精准记录光子到达时间，由时间标记器和计算机进行数据处理。
（二）数据处理关键流程
时间窗口筛选：设置 2.5ns 的时间窗口并与光学泵浦脉冲同步，仅保留窗口内 SNSPD 探测到的光子信号，丢弃窗口外的非相关背景噪声，显著提升单发射体信噪比（SSNR）。
光子数分布分析：将 SNSPD 采集的探测数据按 1ms 和 10ms 时间间隔拆分，统计各间隔内的光子数分布（PND）。低光子数区域的分布接近泊松分布，对应孤立量子点（单个生物标志物）的信号；高光子数区域则偏离泊松分布，为量子点集群、残留杂质等经典粒子产生的干扰信号。
截止值筛选与g⁽²⁾(0)计算：设定光子计数率截止值，剔除高光子数的经典干扰信号，仅保留低光子数的目标信号。基于 SNSPD 记录的零延迟符合事件数（c₀）和偶然符合事件数（cₐ），代入公式计算二阶相干函数 g⁽²⁾(0)，以此验证单生物标志物信号的存在。
（三）实验结果
实验数据证实，设置合理的光子计数率截止值后，低浓度和高浓度样本的 g⁽²⁾(0) 值均小于 1，明确检测到的信号具有非经典特性，来源于单个发射体。在 4.6ns 的时间窗口下，观测到的最低 g⁽²⁾(0) 值为 0.20 (14)，远低于 0.5 的临界值，进一步确认信号主要来自单个量子点发射体，从量子力学原理层面验证了单生物标志物检测的可行性。
基于该最低 g⁽²⁾(0) 值计算得出，单发射体信噪比（SSNR）≥6，这一结果表明 SNSPD 具备极强的信号分辨能力，即便在复杂背景噪声中，也能清晰区分单个生物标志物的微弱信号与干扰。同时，借助 SNSPD 精准的光子计数数据，成功剔除了量子点集群、杂质等产生的经典干扰信号（1ms 时间间隔内占比＜0.07%），有效规避了干扰信号对检测结果的影响，确保了单生物标志物检测的准确性与可靠性。
四、应用前景与未来展望
（一）关键应用领域
医学诊断：SNSPD的超高灵敏度让量子流式细胞术能精准识别占比低于0.01%的稀有肿瘤细胞，为癌症早期筛查提供关键依据；同时可精确定量单个细胞内目标基因拷贝数，成为CRISPR基因编辑的验证金标准，保障基因治疗的安全性。
基础研究：能精确量化细胞内单个蛋白质、基因数量，为解析生物分子相互作用、蛋白质复合物化学计量比等提供工具，推动生命科学研究向单分子水平迈进。
药物研发：可快速检测单个生物标志物的变化，高效筛选潜在活性药物分子，同时精准监测药物毒性，缩短研发周期、降低成本。
（二）挑战与未来方向
当前，SNSPD仍面临部分挑战：目前主要覆盖百纳米的窄带波长范围检测，且极低温制冷系统增加了设备体积和成本。
未来，随着技术优化，SNSPD将向宽带检测、低成本制冷系统方向发展，实现多通道检测，推动量子流式细胞术向活体实时监测、床旁检测等场景延伸。同时，该技术与人工智能、大数据的结合，将实现检测数据的自动化解析，为精准医疗提供更强大的支撑。
SNSPD与量子测量技术的融合，不仅解决了流式细胞术单生物标志物检测的百年难题，更开启了量子技术在生物检测领域的广泛应用。这场由SNSPD领衔的技术革命，正让单分子检测从实验室走向临床应用，为生命科学研究和人类健康事业开辟全新可能。
关于赋同
赋同量子创办于2017年，是国家高新技术企业，浙江省“专精特新"中小企业。公司主要从事超导单光子探测器及其周边设备的研发、生产和销售，是中国超导单光子探测器产业化的先驱与引领者。
公司核心产品超导单光子探测系统性能指标居于国际领先地位，已在全球销售200+台/套，国内市场占有率超过80%。在量子信息领域，公司深度参与“九章”光量子计算优越性实验、千公里光纤量子密钥分发实验、基于纠缠的城域量子网络实验等重大原创性成果，相关成果在Nature、Science、Nature Photonics等高水平期刊发表百余篇。同时，公司持续拓展激光测距、生物成像、表面化学、天文观测、集成电路无损探伤等前沿方向的应用。
公司先后承担科技部2030量子专项、省市科技重大专项等项目，牵头/参与制定国际、国家和行业标准的研制，获得2019年度中国光学工程学会技术发明一等奖等荣誉。
