荷电单离子微束(Single Particle Microbeam)装置是一种可以对样品进行精确定点定量辐照的装置，近年来，单离子微束已经逐渐成为辐射生物学研究和癌症研究的技术平台。由于单离子技术在低剂量环境暴露健康风险评价、细胞信号转导、细胞损伤修复、基因表达调控、发育生物学等领域中体现出独特的应用价值，正日益成为世界各国竞相发展的热点技术之一。　　 CAS-LIBB(Laboratory of Ion Beambioengineering Chinese Academy of Sciences)单离子微束装置是国内第一台单离子微束细胞精确定位照射装置。单离子微束计划开始于1997年，在国家多项基金的支持和课题组成员不懈的努力下，CAS-LIBB单离子微束装置的各项主要指标均达到设计目标，并于2004年通过专家组验收。同时，专家组建议在此基础上，进一步发展单离子微束定位辐照细胞在线检测技术，力争使我国单离子微束定位辐照系统研究处于国际领先地位。　　 本文的工作正是从实验出发，结合国际上单离子微束技术的发展趋势，对CAS-LIBB微束装置进行了改进和优化，并在此基础上提出了基于多维荧光比率法成像系统的在线检测平台。主要内容包括：　　 (1)研究和总结了当前世界范围内微束辐照装置，分别从应用角度和技术平台角度提出了今后单离子微束装置的发展趋势。　　 (2)在实验室研究的基础上，结合详实的数据，经过仔细的论证提出了在线检测微束平台的设计方案。该方案主要包括如下五个方面：(1)束线布局(2)瞄准器结构(3)扫描样品架(4)束流能谱探测和束流计数系统(5)图像捕获和处理系统。　　 (3)针对当前CAS-LIBB微束装置探测系统存在的问题，如束流直径、能谱的单色性不够理想、背景噪声大等，对当前的探测系统作出了改进，提出了一套利用直流磁控溅射的方法在塑料闪烁体上沉积一层纳米级反光膜用来代替原来的反光铝箔，经过实验检验，该方案的实施可以有效的提高微束的能量分辨率和空间分辨率。另外在探测系统改进实验过程中还对磁控溅射方法在塑料闪烁体上沉积反光薄膜的光学性质进行了深入的探讨，实验结果表明，该方案可以提高基于闪烁体的离子探测器的能量分辨率。　　 (4)为了实现当前微束平台能够在样品辐照的同时实现实时图像获取和分析的功能，设计了一套全新的离子探测系统，即利用经过热加工处理过的塑料闪烁光纤来代替塑料闪烁体薄膜，并由部分前置松耦合探测模式改为全前置紧耦合探测模式。经过实验检验，该方案的实施可以解决困扰微束平台无法工作于在线检测模式的难题，为在线检测平台的顺利搭建铺平了道路。