细胞是生物体生命活动的基本单元。传统的细胞研究受限于单细胞分离分析技术的缺失与检测方法灵敏度的不足,通常以群体细胞的平均分析结果获取细胞的相关信息,其难以分辨细胞个体的差异,容易导致信息的稀释或丢失,进而影响分析结果的准确性。单细胞分析是一种在单细胞水平上对细胞中物质组成及形态进行研究的分析方法,其能够对细胞间的差异性有更加深入而清晰的了解,为生命科学研究提供更多维度、更加精准的信息。但单细胞含量低、难获取、易丢失的特点是制约单细胞研究发展的关键问题,其在高通量、低损伤、可寻址等方面也对单细胞的分离和分析技术提出了更高的要求。数字微流控技术具有对大规模离散微液滴进行精准操控的能力,其基于微电极阵列驱动的方式具有高并行性、全自动化、可寻址性的特点,能够实现多通路实时控制,微纳升级别液滴体系与细胞尺寸匹配,提高反应效率的同时降低试剂消耗,在单细胞精确操控及其精准分析方面具有应用前景。本文发展了一种基于数字微流控的全自动化单细胞处理平台,通过在芯片上构建基于流体力学原理与局域表面润湿特性的多维微捕获结构,实现高效、快速、无损的全自动单细胞分离,并展现了良好的通用性、稳健性、生物兼容性和自动化能力。以该平台为基础,发展了一种单细胞全基因组扩增与测序的方法,实现单细胞全基因组测序样品快速、自动化、全集成式的制备,将单细胞的基因组片段限制在纳升级的反应体系中,解决了由于扩增总体积过大导致的扩增偏置性高、效率低的问题,极大提高了测序覆盖率,可实现稳定、准确的单细胞拷贝数变异的检测。此外,基于数字微流控单细胞处理平台,结合数字化邻位连接技术,发展了一种单细胞蛋白质定量检测的方法,将含量极低的单细胞蛋白信息浓缩在纳升级微液滴中,并将其转换为核酸信息进行扩增与读取,从而提高单细胞蛋白质检测的灵敏度。综上,我们发展了一种基于数字微流控的单细胞分离与分析的方法,可实现离散微液滴的全范围精准控制,具有自动化、集成化、小体积、可拓展的优势,有望在细胞异质性以及临床相关的研究中得到进一步应用。