近年来,伴随着各种新技术、新方法的兴起和融合,微流控芯片技术也取得了巨大进步,并在个体化治疗、药物筛选、器官模拟等方面具有不可比拟的优势。细胞行为如增殖、迁移、分化等都同细胞微环境息息相关。细胞微环境特别是肿瘤微环境和干细胞微环境一直是医学、生物学领域的研究热点。由于肿瘤细胞的快速增殖,肿瘤微环境具有显著的缺氧特性,这会造成肿瘤细胞对化学药物治疗或者放射治疗产生耐受性,干扰治疗效果。目前传统的体外肿瘤细胞研究很难实现精确控制氧气环境。干细胞微环境对于干细胞分化具有重要影响。拟胚体是体外实现干细胞分化的最初实体结构,其大小决定了干细胞的分化方向。但是传统制备拟胚体的方法不易控制拟胚体大小。基于目前肿瘤微环境和干细胞微环境研究方法的缺陷,我们结合微流控芯片技术提出了新的解决思路。一、我们在芯片上同时构建了多种氧气浓度,表征肿瘤微环境中的氧气环境用作药物筛选平台。该装置只需要调节化学反应物的浓度以及流速,就能够满足对任意特定氧气浓度的需要。通过两种氧气浓度敏感的肿瘤药物对细胞毒性的评价,我们发现不同氧气含量会显著影响药物对肿瘤细胞的治疗效果。另外,简单的二进制分支结构可以保证液体分流的同步性,在时间和空间上实现不同氧气浓度下高通量药物筛选。二、为了探究肿瘤微环境中的氧气梯度对于血管新生的影响,结合微流控芯片体外共培养技术和氧气梯度生成技术,我们构建了一种双层芯片,用于探究在肿瘤微环境中不同氧气浓度对血管新生的影响。该装置可以实现缺氧、厌氧、正常氧的跨度,并且氧气浓度梯度的建立只需要几分钟,在较长的一段时间内可以维持稳定状态,这为精确控制肿瘤血管新生所需的微环境提供了可行性。三、利用间隔控制流体生成液滴的技术,我们开发了快速制备拟胚体的微针阵列芯片。该装置仅利用商品化微针就可以调控拟胚体的大小,并且操作简单快捷,有效地克服了目前传统制备拟胚体方法的繁琐、耗时长以及生成拟胚体大小不一等难题。同时,构造简单的芯片结构可以多种组合,实现高通量或者图案化制备拟胚体,从而为诱导拟胚体定向分化提供了良好的平台。