体外诊断是当前医学领域发展最为活跃的部分之一,从技术层面上来讲,体外诊断正在朝着两极发展。一种是简单、快速便于普及的即时检测方向,以满足门急诊、社区保健站范围内的现场快速检测以及家庭慢性病持续监测等需求,可大大简化医疗保健中所花费的人力物力,改善病人的生活质量。鉴于生物样品存在成分复杂,靶标浓度低,时效性强等特点,在无法采用大型仪器情况下,如何建立特异、灵敏、简单、便携的检测方法依然是即时检测领域面临的主要科学问题。体外诊断的另一个重要方向是发展高度集成、自动化的仪器诊断,大大提高诊断检测的工作效率和灵敏度,实现疾病的精准诊断,其中单分子数字化检测技术将引领未来精准诊断超痕量分析领域的发展。由于单个分子靶标信号低,且受体系背景信号干扰,目前分析手段又面临研究成本高、通量低,难以对多个靶标有效分析等挑战,因此如何发展简单、高效、高通量的单分子数字化检测技术是亟待解决的关键科学问题。基于以上,本论文从体外诊断技术的现状与需求出发,围绕体外诊断发展的两个重要方向——即时检测和精准诊断,主要开展了以下两个方面的工作。第一部分基于纳米催化产气的便携检测新方法首先提出了基于气压的生物检测新原理,将催化产气与免疫分子识别相结合,以气压信号作为输出信号,发展了一种基于气压传感的便携检测新装置和新方法,实现了肿瘤蛋白等靶标的超高灵敏定量检测。通过目前广泛使用的金标准方法酶联免疫方法作为识别体系,将铂纳米粒子催化剂对检测靶标分子进行标记,催化剂催化底物过氧化氢生成大量气体,实现分子信号向气压信号的转换和放大。在密闭体系中,通过气压传感器对体系气压变化进行监控检测,来实现对靶标分子的超高灵敏度检测。鉴于气压计成本低廉,检测快速,用户友好以及广泛可用的优势,基于气压检测的可视化定量分析方法有潜力发展成为公众用于广泛靶标定量的检测工具。之后进一步拓展简单、便携气压计的应用范围,发展了一种C-反应蛋白(C-reactiveprotein,CRP)高灵敏、便携检测新方法,利用气压计进行信号读取,实现靶标CRP的高灵敏定量分析检测。该方法对有效快速鉴别病毒、细菌感染、监控抗生素治疗、防止抗生素滥用等具有非常重要的意义。基于免疫分子识别的体外诊断仍然是目前体外诊断的核心主力,但免疫实验步骤繁琐、耗时,需要专业的操作人员。我们进一步发展了一种将繁琐的免疫实验步骤、清洗步骤、距离信号输出集成到一块微流控气动芯片上的简单集成化检测方法,用于蛋白等多种靶标的高灵敏定量即时检测。利用油水互不相容的原理,将反应的水相试剂以及磁珠物理隔开,再通过磁铁拉动磁珠完成每一步反应,从而实现免疫反应的集成;利用铂纳米粒子催化底物生成大量气体,实现信号的转化与放大,气体推动有色染料前进,并最终通过读取染料移动的距离,实现靶标的高灵敏定量检测。该方法无需额外仪器和复杂操作,在即时检测领域具有潜在的应用价值。第二部分基于液滴微流控技术的单分子蛋白数字化检测结合微流控技术和流体力学原理,设计了一种可用于微珠高效捕获并能对捕获微珠形成独立液滴腔体的微流控装置,发展了单分子ELISA数字化定量检测新方法。该方法对前列腺特异性抗原(PSA)的理论检测灵敏度可达到10-16M,大大低于传统ELISA的检测限。该方法具有微球捕获不依赖泊松分布、液滴形成快速、所需样品量少、避免试剂浪费、通量高、检测限低、灵敏度高、制作简单、成本低等优势,在基础研究和商业应用等领域将有广阔的前景。