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恶性肿瘤已成为严重危害人类健康的一组常见病、多发病，研究各种恶性肿瘤的发病原因、发展合适的早期诊断方法对于肿瘤的治疗尤为关键。哺乳动物表面聚糖在细胞分化、增殖、免疫应答、细胞相互作用、细胞信号传导等一系列生命过程中发挥着重要的作用。细胞表面聚糖表达水平的变化已被证明与许多疾病相关，特别是癌症。因此，发展高通量、高灵敏的细胞表面聚糖检测新方法，对于揭示肿瘤发生发展过程与聚糖表达变化的关系，发现新的肿瘤标志物，对实现恶性肿瘤的早期诊断、个体化药物治疗以及预后评估都具有重要意义。微流控芯片技术以其微型化，耗样量低，多功能单元灵活集成、高效的下游分析能力等诸多优点在细胞生物学研究领域正受到越来越多的关注。纳米材料特别是具有良好生物相容性的纳米材料以其优异的光学、电学性能在生物传感领域显示出诱人的应用前景。 本论文主要是基于以上研究背景，以微流控芯片为平台，将生物纳米探针技术、精密的微电子加工技术与细胞生物学相互交叉、结合，围绕肿瘤细胞及其表面聚糖检测展开研究。主要包括以下几方面的内容: 1.微流控芯片光电传感平台的构建及其对活细胞表面聚糖表达水平的评估 提出了一种基于微流控芯片平台利用电化学阻抗谱和光学显微技术对细胞表面聚糖表达水平进行评估的方法。在微流体通道中，四组氧化铟锡(ITO)电极分别被修饰上三种不同的凝集素和一种钝化剂，用于选择性识别细胞表面相应的糖基结合位点。通过电化学阻抗的方法来监测电极阵列界面上细胞的结合情况以实现对细胞表面糖基表达水平的评估。同时，ITO电极优异的光学透明性使其能够利用显微技术观察细胞的结合情况，进一步证实电化学阻抗测量的结果。与单一的检测手段相比，光电双检测模式进一步提高了测定的灵敏度和准确性。实验结果表明，细胞结合能力:WGA＞Con A＞PNA，这与K562细胞表面糖基结合位点的表达水平是一致的。将此方法进一步用于评估经药物处理后的细胞表面糖基表达变化。整个实验过程中，在每个传感界面，细胞样品的消耗仅为5×103个细胞。该平台在癌症相关的生物标志物的筛查方面具有巨大潜力，并且有助于癌症的诊断和治疗。 2.基于微流控芯片的量子点探针单细胞免疫荧光分析 稀少细胞样品中的高质量单细胞数据信息对于细胞功能的生物学阐释具有非常重要的作用，然而利用传统分析方法如流式细胞仪等往往较难获得这类数据。我们提出了一种微流控芯片量子点免疫荧光新方法，可以在细胞群体和单细胞水平上对细胞表面聚糖表达进行分析。与传统的免疫荧光染色相比较，基于量子点的免疫荧光探针具有更高的亮度和稳定性。该方法兼备新型免疫荧光方法和微流控芯片的优点，通过高通量免疫荧光染色，在单细胞水平上对K562细胞表面聚糖及其经药物处理后其表面聚糖表达的变化进行检测。由于间接免疫荧光染色的信号放大作用，在聚糖表达分析中检测灵敏度高。由于分析样本仅需4×103个细胞，使得该芯片平台在稀少细胞样品分析中具有独特优势。该方法在高通量评估细胞表面聚糖表达及细胞群体中的异质性等方面具有广阔应用前景。 3.集成软弹性细胞电化学传感器的微流控芯片平台及其对药物诱导的HeLa细胞凋亡过程动态分析 构建了一种集成软弹性细胞电化学传感器的微流控芯片平台，并将其用于动态监测HeLa细胞的增殖和凋亡过程。PDMS-金膜优良的导电性能和半透明性有利于电化学检测和光学显微观察。实验发现细胞在增殖过程中峰电流强度增加，而在抗肿瘤药物刺激下的凋亡过程中峰电流下降。所提出的方法不仅可以对细胞行为进行实时、无标记电化学监测同时还可以通过光学显微镜对电化学结果进行进一步验证。该软弹性微流控电化学平台适合于微环境中细胞行为的原位检测。 4.基于多功能微流控芯片平台的苯硼酸标记量子点探针细胞表面唾液酸表达分析 我们发展了一种集成双排微阵列的多功能微流控芯片装置，在该装置中通过层流控制可以对不同细胞株进行捕获并可对微腔内细胞进行选择性刺激。利用功能化的量子点探针，在细胞群体和单细胞水平上对细胞表面聚糖表达高灵敏、快速进行分析。小分子苯硼酸标记的量子点具有高的亮度和稳定性。通过量子点探针直接对细胞表面糖基快速识别，在单细胞水平上对K562细胞表面聚糖及其经药物处理后其表面聚糖表达的变化进行检测。该方法借助微流体系中的层流性质，药物刺激实验和对照实验在同一微腔室内同时进行，大大提高了分析效率和分析可靠性。功能化CdSeTe@ZnS-SiO2量子点优良的发光性能大大提高了检测灵敏度。该多功能微流控芯片平台为细胞糖基高灵敏、高通量、高效率分析提供了有力的工具。