微全分析系统（miniaturized total analysis system,μ-TAS）的提出和成熟,使得芯片技术得以迅速地发展,令芯片在结构和功能上更具多样性。该技术允许在芯片上实现各种复杂的细胞操作如细胞培养、分选、捕获、裂解、分离和检测,已成为单分子检测、操纵、分析的最有潜力的研究领域。其中,微阵列芯片是一类在几平方厘米的基板上具有高密度微孔阵列的芯片,每个微孔阵列的长宽一般可以从十几到几百微米,深度可达一百微米,与哺乳类细胞的直径相似。因此微孔阵列适用于单个哺乳动物细胞的分析研究。且由于微阵列芯片具有高密度的微孔阵列和复杂的通道系统,容易对单细胞进行操作,集成多种操作检测方式,因此可以满足高通量的细胞培养及分析的需求,实现自动化。微流控技术在单分子、单细胞的研究中具有极高的应用价值及发展前景。本论文工作主要分为以下几个方面:一、数字化液滴微流控单分子基质金属蛋白酶的绝对定量检测分析基质金属蛋白酶与肿瘤的迁徙转移密切相关,研究基质金属蛋白酶分子有利于我们了解肿瘤细胞发生侵袭与转移的生物机制,在临床诊断等领域具有非常深远的应用价值。为了解决传统ELISA方法无法对基质金属蛋白酶进行绝对定量检测的问题,本论文发展了基于液滴微流控的单分子基质金属蛋白酶的数字化定量检测。本文利用一种双通道流聚焦芯片分别通入MMP-2酶及其特异性识别的荧光底物（5-FAM/QXLTM520荧光多肽）,生成高通量的包裹单分散MMP-2酶分子的液滴。包裹MMP-2酶的液滴,底物被酶催化切割,生成游离的荧光肽段,使得液滴发出荧光。不含酶分子的液滴,相应的液滴没有荧光。通过对荧光液滴与非荧光液滴的数目进行统计分析,根据泊松分布,可对MMP-2酶活性浓度进行绝对定量分析。利用微液滴进行酶浓度绝对定量检测,具有灵敏度高、高通量、体积小、耗样小、精度高等优点,实现对单个酶分子的分析。与传统的ELISA方法定量相比,这种方法可以通过对亮暗液滴计数来进行数字化检测MMP-2酶活性浓度,并且证明了此方法具有很好的可靠性和重复性。二、高通量单细胞三维培养与分析单个细胞的体外培养可以通过降低细胞群异质性的复杂性来促进生物研究。然而,对于单个细胞的培养和分析,仍然缺乏简单而高通量的方法。此外,大多数单细胞培养与分析都是基于二维培养条件,不能很好地模拟生物体内真实的细胞微环境。因此,我们提出了一种新的可用于高通量的单细胞捕获的微流控阵列芯片,该方法利用低温琼脂糖独特的热响应溶胶-凝胶交换特性,将其用于单细胞捕获及三维培养骨架。通过调整该芯片阵列捕获区U型结构的大小可以对不同直径的细胞进行高通量捕获,且不会影响捕获效率（约90%）。该芯片的设计实现了高通量的单细胞捕获,且适合不同种类、不同数目细胞的高通量捕获。我们以293T细胞作为模型细胞证明了该芯片可以实现单细胞三维培养及细胞团的形成,并且观察到不同单细胞的后代表现出增殖异质性。在单细胞水平上,琼脂糖液滴微阵列还可以应用于药物毒性研究,评价药物和毒素对细胞化学组成的影响,为药物设计有效地减小药物副作用提供重要依据。