单细胞的分析,特别是利用特异性标记及成像手段进行表现型的定量分析,已经在最近成为生命分析的重点发展方向。对单一细胞进行成像,或者在多细胞环境中实现同等水平的单细胞成像,这是一个与既往的细胞研究不同的方法。这一方法能够看到细胞和细胞之间的差别,进而能够在统计中反映出更多的信息,是传统的细胞成像分析手段很难实现的。非线性成像技术共同的优点包括:原生的三维成像能力,能够对特定结构或者分子的识别,更低的细胞损伤性,以及无需荧光染色。通过非线性成像技术,可以获得三维的、动态的细胞结构信息。更重要的是,不同的非线性过程具有一定的选择性,这使得分子成像成为可能。目前,胶原纤维、脂类、蛋白、核酸、细胞内的膜结构等生物分子或结构已经可以通过非线性成像直接观察。非线性成像所记录的,不仅有结构层面,也有分子水平的。这些结果大都可以实现定量分析。这使得单细胞水平的研究不仅仅从定性为主转向定量分析,而且具有了进行真正统计研究的可能。例如,我们将稳定的成纤维细胞通过精确控制培养与刺激条件,将他们诱导转化为脂肪细胞。由于微流控芯片内液体的运动遵循低雷诺数下的运动行为,细胞在这一情况下会长久保持静止状态,对于三维成像与图像重构极为有利。我们通过SRS显微镜对C-H伸缩振动信号进行采集,并实现单个细胞的快速三维扫描(大约在10-30秒内完成高精度的三维扫描)。初步结果明显表现出各个细胞的脂滴分布与形态存在巨大差异。这样的定量结果,在之前的研究中被长期忽略。通过SRS成像,有两个明显的优势,一是成像时间极快,比传统的自发拉曼散射成像大约快3-4个数量级;二是信号强度与物质浓度成线性定量关系,可以提供精确的数量信息。