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生物细胞是生命体的结构单位，也是生命活动的基本单位，细胞形态和折射率的分布与其生物功能密切相关。测量细胞折射率分布及分布的变化，不仅能够获取细胞生化组成、活性和功能的重要信息，而且能够为医疗诊断以及药物研究提供参考数据。生物细胞折射率测量方法主要分为三种类型:多细胞的平均折射率测量、单细胞的平均折射率测量以及单细胞的折射率分布测量。前两种测量方法只能得到细胞的平均折射率，不能实现生理状态下单细胞折射率分布的全场定量测量，而现有的单细胞折射率分布测量方法没有针对细胞内的成分进行定量分析，同时测量精度还暂时不能达到纳米尺度。 本文提出了用原子力显微成像获取细胞的高度信息，相移干涉测量方法获取细胞的相位信息，然后通过高度信息和相位信息的融合处理，实现生物单细胞全场折射率分布测量的新方法。在此基础上，将此方法用于红细胞、Jurkat细胞以及Jurkat细胞凋亡过程中的细胞折射率分布测量，该方法将为生物细胞的折射率测量提供一种新的手段。 本论文的主要研究内容: (1)对折射率测量，特别是生物细胞折射率测量的方法进行分析、比较和总结; (2)提出用原子力显微成像获取细胞的高度信息，相移干涉测量方法获取细胞的相位信息，然后通过高度信息和相位信息的融合处理，实现生物单细胞全场折射率分布测量。与现有的折射率测量方法相比较:所提出的方法不仅能够实现生物单细胞生理状态下全场折射率分布的高精度测量，而且能够实现组成细胞生化成分的折射率分布的定量表征; (3)利用所提出的原子力显微成像和光学相位测量融合的方法，分别对Jurkat细胞和红细胞折射率分布进行测量，结果表明:利用提出的方法我们能够获得生物细胞的折射率分布，通过分析测量结果不仅可以分辨出细胞内不同成分的分布情况，而且可以结合高度数据计算出细胞核成分的体积以及占整个细胞体积的比例，实现对细胞核成分的定量识别; (4)利用所提出的原子力显微成像和光学相位测量融合的方法，对柔红霉素诱导Jurkat细胞凋亡过程中的折射率分布和分布变化进行测量，结果表明:随着凋亡过程的持续，细胞的折射率分布发生明显的变化，由此能够反映凋亡过程中细胞核成分的变化，同时通过计算细胞核成分以及整个细胞的体积可以得到凋亡不同阶段细胞核成分的含量变化，测量结果与Raman光谱的结果相吻合，验证了方法的有效性和可靠性。