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细胞是生命活动的基本单位。研究细胞内成分及其变化,对揭示生命活动规律具有重要意义。传统的研究方法多以大量细胞为研究对象,结果多为平均值。然而,细胞间存在着巨大差异性,平均结果不能反映群体内的真实情况,会带来误导信息。而单个细胞内的成分研究,则能揭示细胞间差异性,反映细胞活动的真实情况。药物的细胞吸收行为对研究药物代谢动力学、药效学和药物作用机制具有重要作用。而在单细胞水平上进行药物吸收行为的研究,对揭示细胞间药物吸收差异性,研究药理作用,提高药物疗效,具有重要的科学意义和实用价值。因此,本论文采用化学细胞术,以毛细管电泳和微流控芯片-激光诱导荧光检测为研究方法,探究了单个癌细胞内的阿霉素(Doxorubicin,DOX)吸收行为。结果表明,细胞间吸收药物含量具有明显的差异性,通过调节给药方案或抑制膜表面P-糖蛋白功能,能够降低细胞间药物吸收差异性,提高药物疗效。本论文主要研究内容如下：(1)采用正交式光路设计,构建了毛细管电泳-激光诱导荧光检测(CE-LIF)分析系统。在最优条件下,荧光素钠的浓度检测限达2.74×10-12mol/L(1.03×10-12g/mL,S/N=3).(2)建立了阿霉素的CE-LIF分析方法。优化了阿霉素的电泳条件,确定了最佳电泳缓冲液为Borate-SDS10mM溶液。在最优条件下,阿霉素的浓度检测限为1.55×10-10mol/L(0.084ng/mL,S/N=3),质量检测限为56.1zmol,线性相关系数r=0.9979,浓度线性范围为2×10-8-1×10-5mol/L,质量线性范围为7.26-36308amol.结果表明该分析方法灵敏度较高,线性相关好,定量范围宽,适合用于单个细胞内微量阿霉素的含量分析。(3)应用CE-LIF方法,测定了不同药物浓度和给药时长下单个人白血病K562细胞中的阿霉素吸收情况。研究结果表明,细胞群体内单个细胞之间DOX吸收含量存在着巨大的差异性,药物吸收含量的RSD%值在24.0%至61.1%之间。细胞间药物吸收异质性随着给药浓度的增加,逐渐降低最终达到平衡；但其随着给药时间的延长,未表现出明显规律。单个细胞吸收DOX的平均值与细胞外药物浓度成良好的线性关系,而其与给药时间的关系则反映出细胞吸收DOX的真实动态过程。(4)为探究细胞间吸收药物差异性的生物学意义,以悬浮细胞K562和贴壁细胞MCF-7为样本,模拟了大剂量单次和小剂量多次两种DOX给药方案。应用CE-LIF,测定各组细胞药物吸收的胞间差异性及吸收平均值,并测定了不同给药方案相应的抗癌效果。结果表明,细胞间药物吸收存在着巨大差异性。大剂量单次DOX给药方案中,癌细胞间的药物吸收差异性低,药物吸收平均值高,癌细胞杀伤效果好于小剂量多次给药方案。加入P-糖蛋白(P-gp)的抑制剂维拉帕米(VER),能够有效降低胞间药物吸收差异性,表明此差异性可能与细胞膜表面P-gp表达量和功能有关。通过调节给药方案或抑制P-gp功能,能够降低细胞间药物吸收差异性,提高疗效。(5)为改进CE-LIF单细胞进样方法,提高分析速度和通量,本论文还研究了微流控芯片单细胞分析方法。应用光学元件和自制组件,采取“小角度入射”式光路设计,研究搭建了微流控芯片／毛细管电泳-激光诱导荧光检测(MCE/CE-LIF)两用分析系统。在最优条件下,毛细管电泳分析时,荧光素钠的浓度检测限为6.0×10-11M,质量检测限为21.8zmol。比市面上现有的商品化仪器检测限(FITC,10-9M)降低了百分之一；阿霉素的浓度检测限为4.3×10-10M,质量检测限为105.4zmol,能够用于测定单个细胞内吸收的DOX。建立了DOX的MCE-LIF分析方法。制作PDMS十字芯片,采用夹流进样方式,进行电泳分离,LIF检测。最优条件下DOX的浓度检测限为2.86×10-10。M,DOX标准溶液(10ng/mL)连续进样7针电泳峰面积的RSD%为2.0%,在1.0×10-8-2.5×10-7g/mL浓度范围内峰面积-浓度定量线性关系好(r=0.9580,n=7)。结果表明,建立的分析方法灵敏度高,重复性好,适合用于单个细胞内成分的定量分析研究。(6)建立了微流控芯片单细胞连续分析方法。通过设计芯片结构,利用微通道内液体层流现象,实现了单个细胞的连续快速引入；通过优化聚焦距离、夹流角度、夹流对称性和通道内微结构,使微通道内的层流混合,实现了单个细胞的快速溶胞。研究实现了单个细胞的连续分析,通量可达300个细胞/小时,比CE-LIF方法分析速度提高了100倍。研究测定了一定条件下,单个细胞内的DOX吸收,以及单个细胞膜表面P-gp表达量。结果表明该方法操作简便,检测快速,准确可靠。大剂量单次给药组的DOX吸收细胞间差异性小,VER的加入能降低细胞间药物吸收差异性,表明该差异性与细胞膜表面的P-gp有关,这与第四部分CE-LIF的研究结果相一致。另一方面,大剂量单次给药组能够降低膜P-gp表达的细胞间差异性,而VER的加入能够抑制膜P-gp的功能和降低细胞间P-gp表达的差异性。