细胞在形态学、增殖和对外部刺激的响应方面有高度异质性。单细胞分析是在单个细胞水平研究成百上千个细胞,它可以获得传统的基于大量细胞平均值的研究中无法得到重要数据。因此,该技术于2007年被《麻省理工大学技术综述》评为国际十大突破技术之一。单细胞克隆分析可以在单细胞水平研究细胞的生长动力学机理、分裂或分化机制。从混合的细胞群体中分离单个细胞是进行单细胞克隆培养的前提。由于微流控芯片具有独特的单细胞操作能力和对细胞微环境精确控制的潜力,现已广泛应用于单细胞捕获和分析。但是,单个细胞在现有微流控装置中的成活率和克隆集落形成率非常低。而且,芯片上的细胞很难相互独立的回收出来以便利用传统设备进行后续分析。因此将大量单细胞接种到独立的培养室,是可以解决单细胞克隆扩增研究的关键问题之一。本文设计并制作了一款可与标准孔板兼容的微流控芯片。该芯片利用集成可调节阀门和相应通孔筛选并回收符合尺寸要求的单个微球到标准384孔板上,确保实现每孔一个微球。该芯片具有三个独立层(气体层、薄膜层和流体层)和两种操作模式(高通量捕获单细胞/微球或基于细胞/微球大小的动态筛选和可寻址回收)。首先,本文采用理论计算、数值模拟和统计分析等方法,系统地建立了单个微球筛选和回收的流体动力模型并详细研究了芯片各通道内的的流体剪切力。其中,对微通道中的薄膜变形及其产生的流动阻力和流量的变化进行了深入分析。其次,本文详细研究了该款芯片的设计和制作流程,从通道的设计到PDMS芯片的加工,再到芯片键合。基于大量的微流控芯片制作实验,本文总结了多层的PDMS芯片制造的重要参数以确保该装置及实验的可重复性。最后,本文以微球来模拟球形悬浮细胞,采用实验的方法测试所开发装置进行单细胞筛选的可行性。实验证明,该微流体芯片可用于单细胞的动态筛选和独立回收。该装置解决了利用微流控芯片进行单个细胞动态分离、筛选和接种的中的瓶颈,在单细胞的克隆分析领域有望具有重要的应用前景。