在食品安全、环境监测和公共卫生等领域,高灵敏度的检测生物分子成为近些年的研究热点。生物分子以存在的形式划分,主要可以分为脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质生物标志物等。针对不同的生物分子,现有的检测技术各不相同。聚合酶链式反应技术（Polymerase Chain Reaction,PCR）是核酸检测的黄金标准,而酶链免疫吸附测定（Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA）是蛋白质检测的黄金标准。随着近些年研究的不断深入,生物分子检测方法取得了重大进展,例如将之前模拟和定量的量化方式,升级为数字化的检测。数字化检测的基本原理是通过分割溶液或其他方式将混合的生物分子分离成单个生物分子,然后检测单个生物分子的信号进而计算浓度。扩增检测一体化和降低成本是数字化单分子检测系统的发展趋势。因此,为了实现核酸和蛋白质的单分子检测,本文搭建了一台光锥与CMOS图像传感器耦合的无透镜成像平台。该平台无需对焦便可成像,并且在保证可视面积足够的情况下最大化地提高成像分辨率。随后,本文在该平台基础上借鉴SIMOA技术设计了数字化的核酸和蛋白分子的检测方法,实现了单分子级别的核酸与蛋白质分子的高灵敏度检测。本论文的研究内容主要包括:1)无透镜成像装置与热循环仪耦合的无透镜成像平台:为了实现紧凑、便携和大视场成像的目标,本文采用了光锥与图像传感器耦合的形式,实现了无透镜的成像计数,搭建了无透镜成像装置,同时通过化学发光成像实验证明了该装置比传统化学发光检测系统更加有优势。另外,本文将市面上成熟的PCR热循环仪耦合到无透镜成像平台上,设计了一个微型的PCR热循环仪,其主要模块有加热模块（帕尔贴）、散热模块和温度检测模块,实现了核酸扩增检测一体化,通过扩增实验表明该热循环仪在升降温速度和温度稳定性方面达到了PCR热循环的要求。2)基于化学发光的核酸数字化检测:基于本文搭建的无透镜成像平台,本文设计了一种基于化学发光的核酸数字化检测方法。该检测方法的基本原理是在磁珠表面结合检测目标序列的固相引物,捕获引物结合溶液中的目标序列,形成核酸三明治结构,通过酶结合的方式放大信号,直接将其滴加在无透镜成像表面,根据发光磁珠数去计算目标序列的浓度。本文通过实验室合成的已知序列的浓度标定实验,验证了该方法可以实现高灵敏度的单分子级别的检测。3)基于化学发光的数字ELISA检测:基于本文搭建的无透镜成像平台,本文设计了一种基于化学发光的数字ELISA检测方法。该检测方法的基本原理是在磁珠表面结合检测目标分子的特异性抗体,抗体捕获溶液中的目标分子,形成蛋白质三明治结构,通过酶结合的方式放大信号,直接将其滴加在无透镜成像表面,根据发光磁珠数去计算目标序列的浓度。本文通过2019-n COV nucleocapsid phosphoprotein（NP）的浓度标定实验,验证了该方法可以实现高灵敏度和高精度蛋白质单分子级别检测。