人口老龄化是中国乃至全球共同面临的问题,伴随人口老龄化问题的是衰老相关疾病危害的增加,探索衰老机制及其相关疾病的预防和治疗具有重大科学意义和社会价值。细胞衰老是机体衰老的基础,与衰老相关疾病的发生密切相关,尤其在肿瘤治疗方面极具应用潜力。细胞衰老研究尚处于初步阶段,探索细胞衰老检测新方法对于揭示细胞衰老在医学疾病诊断治疗中的应用具有重要意义。目前,细胞衰老检测主要通过细胞化学染色或荧光标记染色方法对衰老相关半乳糖苷酶(Senescence associated β-galactosidase,SA-β-gal)的活性进行检测。虽然这种依赖于染色的检测方法具有较好的准确性,但是需要进行细胞固定和染料标记,其操作过程繁琐、制备费时,并且在活细胞检测方面具有一定局限性。光散射技术对细胞内部结构和组分的变化具有高度敏感性,是一种实时、免标记、非侵入的检测方法,为实现衰老细胞的快速免标记检测提供了新的方法和思路。围绕光散射测量技术在细胞衰老检测中的应用研究,本论文基于光片照明技术、二维光散射技术和微流控技术,提出了衰老细胞无标记识别细胞术,实现了对衰老细胞的无标记快速检测,具有检测速度快、非侵入性的优点。本论文的主要研究内容和创新点归纳如下:(1)围绕光散射测量中存在的背景噪声干扰问题,本文提出了将光片照明技术应用于光散射测量,通过对激发光束的光片整形实现对样本的选择性激发,降低来自非测量区域的背景噪声,提高成像信噪比。在此基础上,提出并构建了基于光片照明的二维光散射静态单细胞检测装置。论文应用该装置实现了对不同微颗粒的鉴别分类和酵母细胞的尺寸判定,分辨率可达到亚微米水平。该研究成果的创新点在于:提出了应用光片照明技术降低光散射测量中的噪声干扰,有效提高二维光散射成像信噪比;基于光片照明技术和二维光散射技术,研发了无标记静态单细胞检测装置,具有操作简单、无需流体控制、小样本消耗量的优点,适用于活细胞测量;该检测装置可突破光学元件固有分辨率限制,提供了一种亚微米水平分辨率的微颗粒测量技术。(2)本文提出了衰老细胞检测无标记细胞术,利用基于光片照明的二维光散射静态单细胞检测装置,应用于对衰老细胞和非衰老细胞样本的无标记测量,分类准确率达到90%以上。该研究成果的创新点在于提出了基于二维光散射测量的衰老细胞无标记检测新方法,应用于单个衰老细胞的非接触、免标记检测。(3)本文设计了一种基于玻璃管嵌套的微流控鞘流发生结构,可产生稳定有效的三维鞘流聚焦作用,实现了对流动细胞队列化的控制。该鞘流微流控结构具备的特点包括:制备简单、免微加工;成本低、可单次使用,具有免冲洗的优点,可避免交叉污染;独立性强,可兼容与其他检测技术和装置,具有较好的普遍适用性。(4)本文将微流控水动力聚焦技术与基于光片照明的二维光散射技术进行了集成,研发了基于光片照明与鞘流耦合的二维光散射微流控单细胞检测装置,提高了静态单细胞检测装置的检测速度和信噪比。论文应用该装置对混合颗粒进行了快速分类,并结合Mie散射理论,提出了基于数据库匹配策略的微颗粒测量方法,微粒尺寸识别准确率可达100 nm。基于微流控单细胞检测装置,实现了对衰老细胞样本的无标记快速自动化检测。研究成果的创新点在于:集成了微流控水动力聚焦技术与基于光片照明的二维光散射技术,研发了一种操作简单、成本低、无标记的微流控单细胞检测装置;提出了基于Mie模拟数据库匹配策略的微颗粒测量方法;提供了一种可应用于衰老细胞免标记自动化检测的新技术。