构建体外细胞迁移和共培养模型将有利于药物筛选、早期疾病诊断和基础生物学的研究。微流控系统在芯片结构的设计、细胞培养的材料、流体控制的方法上都具备多种选择,可以用于细胞微环境的控制和模拟,实现细胞三维培养和共培养,进而用于研究细胞行为、探究病理生理现象、开发和筛选新的药物。然而大多用于细胞迁移行为和共培养研究的微流控装置受芯片复杂性和流体控制装置的限制,难以适用于多种细胞生物学研究。本工作的目的是建立一个简单的多模式液滴微流控方法,利用基于多孔膜的液滴链装置完成多种细胞实验,用于低消耗、高通量的细胞生物学研究,包括多模式细胞迁移的研究和多细胞共培养模型的建立。第一章我们综述了应用于细胞迁移、细胞三维培养、细胞共培养的微流控芯片技术的研究进展。物质浓度梯度的形成对于细胞迁移的研究至关重要,我们主要分类介绍了基于多相层流、微通道、凝胶、多孔膜体系等构建的浓度梯度生成系统及其在细胞迁移实验中的应用。在本章中,我们还介绍了微流控三维细胞培养的主要方法,包括利用悬滴和凝胶等方法实现细胞的三维生长；细胞共培养的方法则主要介绍了图案化的细胞共培养方法和基于膜的与基于通道的细胞共培养方法；以及利用细胞三维培养、共培养技术构建生理相关的多器官组织模型的进展。在第二章中,我们建立了一种基于多孔膜的三维液滴链阵列系统用于多模式细胞迁移的研究。三维液滴链通过多孔膜上的微孔进行物质交流,通过PDMS通孔阵列片控制膜上下液滴的相对位置,改变液滴的体积、位置、内容物可以控制物质扩散速度,生成不同的浓度梯度,进行多种模式的细胞迁移实验。液滴链中液滴的体积在500-800 nL之间,一个芯片上可完成高达81个细胞迁移实验。我们将这一细胞迁移系统应用于多种模式的细胞迁移实验中,包括精准的细胞迁移实验、竞争性细胞迁移实验、仿生趋化性细胞迁移实验。在第三章中,基于第二章的方法,我们设计了集成度更高的花型液滴链和珠串型液滴链芯片。在花型液滴链中,将悬滴三维培养、多细胞共培养的方法用于多种细胞相互作用的研究中,构建了集成肝、肺、肾、肠、心等细胞的多器官液滴链阵列芯片,并应用于转移性乳腺癌细胞MDA-MB-231向不同器官微组织的迁移倾向性研究。初步构建了基于生理条件建立的珠串型液滴链芯片,以模拟药物在体内的代谢过程。