中文摘要：

疾病和癌症早期检测取决于检测出少量目标细胞的可能性。尽管传统分子生物学分析反复发极大的推动了生物学的发展，复杂和耗时的实验流程以及需要大量细胞样品极大的限制了其在临床诊断中的应用。最近兴起的单细胞生物力学性质检测为无标记单细胞快速分析提供了另一种可能性。本项目的目标是将电化学分析技术和生物力学相结合，为单细胞水平的快速诊断提供新的方法。其假设是单细胞在化学环境中的响应和其生物力学性质相关。其策略是在微流控系统中构建完全相同的化学微环境以刺激单细胞，在细胞受激之后利用双点电化学检测对释出的细胞内容物的响应或细胞形状的变化进行精确的定量，同时利用微管道的流动性提高单细胞分析的通量。这一方法将可为单细胞生物力学分析提供一种全新的手段，为其在临床诊断和生物医学研究中的应用铺平道路。

结论摘要：

本项目致力于在微流控系统构建用于高通量单细胞刺激的微环境，并利用电化学等技术检测细胞状态，将其用于单细胞生物力学性能的研究。在本项目的支持下，目前已经在Analytical Chemistry，Lab on a chip和Biosensors & Bioelectronics等杂志上发表SCI论文17篇，申请专利2项。本项目在红血细胞生物力学性能研究方面取得一定的进展。红血细胞主要由细胞膜及胞内的血红蛋白组成，其膜上骨架蛋白的合适组成是红血细胞结构和功能稳定的关键。在本项目资助下，一方面，我们在微流控系统中构建恒电压电场，同时集成流动聚焦技术，实现了高通量电刺激单个红血细胞。其消失过程可以由采集速度达每秒近100幅图像的摄像机记录，再用Matlab程序进行处理，进而获得了每个红血细胞的消失时间。红细胞消失时间的分布图表明其与红血细胞不同骨架蛋白质的缺失密切相关。另一方面，我们观察到了在微流控系统中液滴包裹单细胞的不均匀性，转而采用流动聚焦技术构建了高通量刺激单个红血细胞的微环境，将红血细胞周围的缓冲液快速稀释，采用渗透压快速裂解红血细胞，并利用红血细胞光强的变化进行定量分析，实验结果表明这一方法可以用于测定不同状态下的红血细胞，包括不同化学方法处理以及糖尿病和高血压等病人的红血细胞。这一简便快捷的方法可为单细胞生物力学检测在临床高通量诊断中的应用铺平道路。在微流控系统中细胞的电化学检测方面，我们采用转移印刷法在微流控系统中构建了微电极，并在微流控中设计了截面为T型的微管道，利用电检测法实现了在流动过程中对细胞不同状态的辨别。实验结果表明，HL-60和SMMC-7221细胞可以有效区分，SMMC-7721细胞在正常，凋亡和坏死的状态也能够在流动过程时被高通量区分。上述微流控系统中流动聚焦技术和电化学检测的集成将可用于单细胞的高通量生物力学检测，进一步的研究尚在进行中。另外，在本项目资助下，我们研究了以纯水作为中性标记物测定微流控芯片电泳中的电渗流。更为重要的是，我们对最近兴起纸基分析系统进行了一定的研究。利用碳双面导电胶作为工作电极在纸基分析系统中提高了量子点电化学发光的稳定性和重现性,其原因可能是量子点在碳胶表面的强烈吸附。这一策略解决了便携式纸基分析装置中集成量子点电化学发光的稳定性，其相似的设计可以潜在地用于低成本的电化学和电化学分析仪器。我们将碳胶制作的