微泡在生命科学领域有着重要作用,而微泡结合超声的应用更为典型,大量的研究者从临床超声造影、超声给药到超声刺激治疗、超声溶栓,从颗粒操控、微泡射流到微泡驱动、声致发光等方面做了深入研究,赋予了微泡新的生命活力。微泡作为一个动力源,可实现非接触、高效、低成本和低能耗的微流体混合,也可操控微流控腔道内的粒子、细胞、线虫等物质。基于微泡的各项优势,本文设计并制备了可用于实现微流体混合和颗粒操控的微泡芯片。本文的主要工作及成果如下:(1)结合前人的工作,提出了声热空化微泡和微结构捕获生成微泡两种设计微泡芯片的方案,以Rayleigh-Plesset方程为研究基础,计算了微泡的共振频率,提出被动空化检测方法,用于确定微泡产生稳态空化,并确定微泡振幅随能量的变化关系,并分析了振动微泡诱导的微流场中的声辐射力和Stokes拽力,从而预测颗粒在流场中的运动状态,并通过COMSOL仿真验证了微泡振动引起的微流场可以实现颗粒操控研究。(2)根据实验方案选用芯片的基底材料,研究了两种方案的芯片微纳加工工艺,对设计、制备的芯片进行封装,用矢量网络分析仪、红外热像仪和光学显微镜等设备对微泡芯片的性能进行测试,从而选择了效率更高、制作成本更低的微结构捕获微泡的设计方案。通过被动空化检测方法验证微泡芯片工作时的状态,用激光多普勒测振仪验证芯片中微泡所在位置声场的均一性。(3)设计了Y型微流控腔道,用振动微泡作为动力源,引入相对混合指数定量评估液体混合效果,探索不同能量下液体的混合效果,从而确定了最佳混合参数,实现了液体在37.5 ms内快速混合。(4)引入2μm聚苯乙烯小球作为标记物,观察了振动微泡诱导的微流场形态,且在光学显微镜下,可以观察到振动微泡可快速高效捕获小鼠脑微血管内皮细胞。设计了阵列微泡结构,研究不同直径的微泡对不同大小颗粒的影响效果,实现了大小分别为1μm和10μm的聚苯乙烯颗粒被不同直径的微泡高效被捕获。本文制备了可用于微流体混合和颗粒操控的微泡芯片,通过多维度测试,验证了微泡性能的优越性,为今后生命科学领域实现低成本医疗诊断提供了新的研究思路。