对于药效评估、疾病诊断等一些医学问题,发现传统检测方法存在很大的局限性,比如,普遍存在实验周期长、效率低和风险高等缺点。因此迫切需要研究新的检测方法,以促进相关医学问题的解决完善。21世纪世界卫生组织对疾病做出了全新的定义:所有疾病和机体衰老都是机体内细胞的损伤、衰老和死亡造成的。从细胞的层面进行医学问题的研究是一个根本的方法。细胞是微纳米量级的物质,当今世界微纳米技术蓬勃发展,因此可以借助先进的微纳米技术对细胞进行广泛地研究。细胞微纳测试技术具有无损、无需标记、试剂消耗低、效率高和成本低等优点。论文从三个方面对细胞的微纳米测试技术进行了研究:第一,对单细胞水平的细胞生物力学性能测试的LOC-DEP方法的研究;第二,对亚细胞水平的细胞生物力学性能测试的DEP-CSM方法的研究;第三,对大分子水平的细胞生物化学性能测试的AμNP-SERS方法的研究。总之,论文从细胞的三个结构层面(单细胞、亚细胞和大分子)对细胞的生物力学/化学特性进行研究,三种方法各俱优势,对于药效评估和疾病诊断等医学问题有重要的意义。首先,论文提出了一种基于LOC-DEP微流控芯片的单细胞水平的细胞生物力学性能测试的研究方法。将白血病细胞NB4作为模型细胞,并设计和制作了LOC-DEP细胞拉伸微流控芯片。首次提出了一个包括三大关键要素的具有细胞电操作功能的微流控系统的概念;从微流系统的角度提出了一种基于LOC-DEP微流控芯片的细胞生物力学性能测试的高效率通用方法。因此,论文从细胞生物力学特性的研究角度出发,基于细胞的LOC-DEP测试原理,研究了药物处理前后两种细胞的应变量和时间(ε-t)的关系以及它们在相同时间点的应变量差异的显著性,为药效的快速评估提供了一种新的方法。其次,论文提出了一种亚细胞结构水平的细胞生物力学性能测试的DEP-CSM研究方法。将白血病细胞NB4作为模型细胞,并对它进行了LOC-DEP生物力学性能测试,获取了细胞应变量和电场电压(ε-U)的实验关系曲线;确认了MST方法为细胞拉伸力的最佳评估方法,从而明确了细胞应变量和拉伸力(ε-F)的实验关系曲线,并利用光镊拉伸方法对其正确性进行验证。将肌动蛋白骨架模型曲线与细胞的ε-F实验关系曲线相拟合,提取了细胞的骨架结构参数,并借助骨架参数解释了细胞的生物力学特性随细胞生物功能的变化而变化的现象。因此,论文从细胞生物力学特性的研究角度出发,基于细胞的DEP-CSM测试原理研究了细胞的重要骨架参数微丝浓度CAF、微丝数NAF在药物处理后的变化,为骨架靶向药物的药效评估提供了一种新的方法。最后,论文提出了一种大分子水平的细胞生物化学性能测试的AμNP-SERS研究方法。将三种食管癌细胞株KYSE150、180和410作为模型细胞。制作金纳米颗粒(粒径约为15nm),再与细胞共培养,形成内吞金细胞待用。采用细胞贴壁载玻片干燥法对三种食管癌细胞进行拉曼测试,获取了它们的平均AμNP-SERS拉曼谱;之后分析和比较这三种拉曼谱,并详细阐述了它们的相似性和差异性。最后,对三种食管癌细胞的生物力学特性进行研究,在此基础上提出了一种AμNP-SERS-DEP联合测试法,能够对三种食管癌细胞的恶性度进行比较和判别,进而提出一条对细胞的生理状态进行准确分析和判断的综合标准。因此,论文从细胞生物化学/力学特性的研究角度出发,基于细胞的AμNP-SERS-DEP测试原理,并依据提出的细胞生理病理状态判断的综合标准,为疾病早期的准确诊断提供了一种新的方法。