低氧是最常见的肿瘤微环境,能够代表不同癌症的一个独立的预后因素。尽管许多化疗药物在体外筛选研究过程中具有良好的药理作用,但是由于肿瘤组织中氧气浓度的减少,在临床试验中观察到化疗药物的低药效或严重的排斥反应。因此,肿瘤治疗和药物筛选时要考虑氧气浓度的影响。本论文构建了一个单通道氧气浓度梯度微流控芯片,并应用于研究两种不同机理的抗癌药物TPZ和顺铂在氧气梯度下的细胞毒性。氧气梯度是通过侧通道化学吸氧反应实现的,试剂不直接与细胞接触,对细胞无毒性。而且所得到的氧气浓度梯度范围2%-11%。在药物试验中,TPZ在较低的氧气浓度下引起更高的细胞死亡率,而顺铂则在较高的氧气浓度下有较高的细胞毒性。该结果提示我们模拟缺氧微环境进行肿瘤药物筛选时,需要考虑肿瘤细胞体内的缺氧状态。本论文构建了一种三层的八通道氧气梯度阵列微流控芯片,并通过固相萃取芯片与质谱联用。研究细胞在不同氧气环境下的代谢行为。芯片设有八通道的阵列,构造的氧气浓度梯度范围广,可以同时观察细胞在不同氧气环境下的生理行为,可以一次性实现对照实验、多浓度梯度平行刺激以及多区域检测。固相萃取芯片能够实现对乳酸分离富集,经质谱实时检测,低氧环境下乳酸分泌量不同。随着氧气浓度降低,乳酸呈增大趋势。微流控芯片质谱联用平台不仅能用荧光显微镜表征细胞形态,还能通过质谱对细胞代谢物进行检测。