经过三十多年的发展,微流控技术已覆盖化学、物理、生物、医学、材料科学、光学和微机电系统(MEMS)等众多领域,成为一个重要的交叉学科。它在很多领域得到广泛的应用,比如即时检测、材料的筛选及合成以及细胞分析等。微流控技术满足了生命科学对细胞等生物样品进行更高效、更灵敏、更快速分离分析的需求,而且微流控系统的特征尺寸与细胞和其他微生物实体的大小相称,更有利于对少量细胞甚至是单个细胞的操控和分析。该论文首先介绍了本课题的背景及意义,对单细胞捕获及培养的方法进行了总结,针对现有问题提出了本课题微流控细胞捕获阵列。依据哈根-泊肃叶定律对芯片基本结构进行了设计,建立了沟道网络的流阻模型。通过在MATLAB中的建模,计算出设计结构中用于单细胞捕获的压强差的大小,从而对芯片的结构尺寸进行优化和改进。在此基础上本课题主要设计和制作了一种具有96个细胞陷阱的微流控芯片。96个细胞陷阱按阵列的形式排布(16行6列)。主流体通道和侧流体通道之间的狭缝形成了各个陷阱。通过穿过狭缝的流体压强差,细胞可以被捕获和固定在这些狭窄的缝隙上。每一列细胞陷阱上的压强差可以通过调整主流体通道和侧流体通道的流量来改变,从而获得一个用于细胞固定的合适的压强差。在该微流控芯片中,6列平行的细胞培养通道被设计用于细胞培养的对照培养,每列有16个细胞陷阱。由于芯片设计中设计了 6条平行的捕获沟道,为此设计了 3个入口可以利用层流效应,通过调整三个入口的流量比例实现样品在六条沟道中的依次输送。当所有6列细胞捕获完成后,可以将某几列中捕获的细胞暴露在不同细胞培养介质中进行细胞的对照培养。芯片的制作过程是,首先通过光刻在硅片衬底上的SU-8获得沟道模具,然后可以使用软光刻工艺在PDMS中制作沟道结构。将获得的PDMS沟道层通过打孔和氧等离子体表面处理键合,可以获得双层PDMS的沟道网络,最终使用载玻片密封沟道完成芯片的加工。为了验证芯片功能,设计和进行了如下三个实验:(一)通过染料溶液验证使用层流效应依次输送样品至六条平行沟道的可行性;(二)使用直径为10 μm的微珠对原始设计及改进后的芯片分别进行捕获效率的测试并进行比较。(三)使用酵母进行细胞的捕获,并在芯片中进行对照培养。实验结果表明该种单细胞捕获阵列微流控芯片可以利用鞘流进行细胞的依次捕获,最高捕获效率接近85%,并可以在单芯片中进行细胞的对照培养。