流式细胞仪通过对细胞或者颗粒散射和荧光信号的检测获得尺寸、浓度和生物化学性状等多参数信息,具有高统计性、数据可靠和快速等优点。声表面波技术是通过在液体中产生压力梯度而作用不同大小的颗粒,具有生物相容性好、免标记、免接触、无损害等优点。当前,流式细胞仪逐渐朝着仪器小型化与智能自动分析检测等方向发展,并且在仪器性能方面,检测灵敏度、动态范围和精度是其关键指标。然而,传统的商品化流式细胞仪主要是为检测细胞或细胞大小的颗粒而设计,难以满足纳米颗粒高灵敏度、宽动态范围的检测需求,使其在病毒等纳米尺度颗粒微弱信号的检测和复杂生物样本的表征等领域的应用受到了极大的限制。另外,若能将声表面波技术与流式细胞仪相结合并应用于纳米颗粒的聚焦,有望实现高精度、低变异系数的检测。结合瑞利散射和鞘流单分子荧光检测技术,本课题组研制了纳米流式检测装置（nano-flow cytometer,nFCM）,于2014年成功实现了粒径仅为24 nm的二氧化硅纳米颗粒和粒径为7 nm的纳米金颗粒的单颗粒散射检测,以及单个藻红蛋白的荧光检测。与传统的流式细胞仪相比,其散射信号的检测灵敏度提高了 4-5个数量级,荧光信号的检测灵敏度提高了 2-3个数量级。本论文的研究重点是基于实验室原有的nFCM,通过软硬件的提升,实现仪器的高度集成化。并进一步优化nFCM性能,包括优化PMT管座拓宽检测动态范围、使用高数值孔径的水浸物镜提升荧光检测灵敏度以及结合声表面波技术提升样品流聚焦效果等。将改进后的nFCM成功地应用于MS2假病毒的浓度定量分析。本论文的主要工作包含以下几个方面:第一章为文献综述。主要介绍了流式细胞仪的工作原理、研发以及应用。此外,还介绍了声表面波的工作原理和应用,并对本论文选题思路及研究内容进行论述。第二章为纳米流式检测装置软硬件的提升。其中硬件部分是对进样系统、光路系统和彩色CCD的选型和升级,并集成至nFCM完成功能测试。软件部分是利用基于Labview编程的nFCM数据采集软件实现对以上硬件系统的控制,实现仪器的集成化。第三章为纳米流式检测装置的性能优化及应用。通过NI数据采集卡实现了PMT管座控制电压的精准调节,并通过PMT管座线性输出范围与DAQ数据采集卡量程的匹配,提升了仪器PMT通道的检测动态范围,实现了 40nm-1μm聚苯乙烯颗粒的散射检测动态范围和2.6k-110k FITC荧光检测动态范围。使用高数值孔径的水浸物镜提升了 APD通道的荧光检测灵敏度,并通过200 nm聚苯乙烯纳米颗粒、量子点、抗体标记的Alexa Fluor 488分子和单个R-藻红蛋白分子评估其荧光检测性能,成功地应用于野生型MS2病毒的表征以及不同目标序列长度的MS2假病毒的浓度定量分析。第四章为声表面波在nFCM中的集成和测试。完成了声表面波器件和流通池的设计与制备,并将其集成至nFCM。通过声表面波技术与流体动力学聚焦相结合的方式,实现了纳米颗粒的二次聚焦,并成功提升了 500 nm聚苯乙烯颗粒的聚焦效果,实现高精度、低变异系数的检测。第五章为总结与展望。总结了本论文的研究结果,并对后续可进一步研究的工作进行了展望。