单细胞分析对我们了解生命体的活动,疾病诊断与治疗,药物设计等具有重要意义。微流控液滴由于其易操控、体积小、高通量等优势为单细胞研究提供了重要的分析平台。然而,目前基于微流控液滴的单细胞分析技术,在检测方法上仍然具有局限性和挑战性,值得我们不断地探索。本文的目的就是发展结合微流控液滴系统的单细胞分析方法,包括微流控液滴-表面增强拉曼光谱(SERS)与微流控液滴-四波混频(FWM)成像的单细胞分析方法。这两种方法可成为单细胞分析领域中强有力的支持工具。主要研究如下:1.基于等离子体-SERS技术设计了一种高通量、双通道的单细胞分析方法用于检测单细胞表面唾液酸(SA)的含量。通过在银纳米粒子(AgNPs)上修饰4-巯基苯硼酸(MPBA)获得多功能等离子体纳米探针。该纳米探针由于AgNPs具有强的能量损耗特性,是明场成像下的高对比度指示器,同时又对MPBA具有很强的SERS信号增强能力。将与等离子体纳米探针共同孵育后的细胞包裹在液滴里,然后使其在重新分散在腔室阵列的检测芯片中,通过等离子体成像和图像处理,获得了单个细胞表面SA的高精度分布。同时,基于SERS光谱变化比较了不同细胞系(MCF-7、HepG2、SGC和BNL.CL2)的SA表达水平,发现SERS光谱与等离子体光学成像相辅相成,成功在单细胞水平上区分了四种细胞表达SA的差异性。因此,本研究提出的单细胞分析方法可以为检测单细胞、单分子等生物领域提供有效的参考。2.为提高分析效率,我们在上述微流控液滴-SERS平台的基础上,首次提出了一种基于微流控液滴阵列与等离子体增强四波混频(PE-FWM)成像相结合的高通量单细胞分析方法。金属纳米粒子在PE-FWM成像下具有很高的可识别性,这是由于金属纳米粒子的等离子体带可以与三束入射光波达到精准共振的结果。本研究用捕获分子来修饰金属纳米颗粒,从而形成能够特异性识别细胞表面受体的特定纳米探针。最后,将微流控液滴阵列的高通量特性与图像的自动化处理相结合,对细胞表面受体的异质性进行大数据分析,在单细胞水平上成功地将三种细胞系表达的两种生物标志物进行了有效区分,并且本研究提出的PE-FWM成像平台,具有高的成像对比度,优于明场、暗场和荧光成像,为药物代谢、生物成像等领域提供了良好的方法。