高效、便携、微尺度效应等特点使得微流控技术在过去几十年间迅速发展，并广泛应用于生化分析等领域，但是设计方法、制造工艺等方面的限制使其高精度集成化设计的发展受到影响。本论文提出了一种基于拓扑优化方法的微流控芯片管道网络尤其是流量分配网络的优化设计方法，验证了其可行性，并提高了该方法的通用性。流量分配和流向控制是微流控管道网络的设计基础，即将管道中的液体按照不同的流量通过不同的途径分配到相应的支路和功能器件。目前，其设计方法主要是等效电路法，此外还有试凑法、结构定理等，随着微流控网络大规模集成化发展的要求日趋迫切，这些方法越来越难满足微流控高精度集成设计的要求。随着计算机技术的发展，基于数值计算的设计方法越来越受到人们的重视，依赖数值仿真和数学优化算法的设计是基于严格的物理定律和数学推导而来，具有高精度高合理性、便于设计等特点。本论文提出了基于拓扑优化方法的微流控芯片管道网络尤其是流量分配网络的优化设计方法：（1）研究了微流控网络的现有设计方法尤其是等效电路法，归纳了其优缺点；（2）提出基于密度法拓扑优化的微流体流量分配网络设计方法，采用了全新的基于“真实-参考”模型方法的优化模型，提高了优化的收敛速度，减小了建模难度；（3）完善了流体优化中计算区域和设计区域不重合情况下的敏度求解方法，提高了敏度求解的准确性，加快了收敛速度；（4）改善了体积约束方法，分析了流体拓扑优化中强制的体积约束方法的缺点，通过目标函数来施加可调节的体积约束，使结果体积更合理且利于数值稳定；（5）编写了通用的模块化优化和前后处理程序，使得该设计方法通用性和便用性大大提高，并通过CG、MMA、LBFGS等优化方法进行了优化验证；（6）基于本文的方法对单入多出、多入多出、串联等流量分配网络进行了优化设计，对比等效电路法的设计结果阐述了本方法的优势所在；（7）对与流量和流向控制相关领域的器件设计进行了展望，重点设计了微流体浓度梯度网络，通过实验验证了其可行性。最后通过总结与展望说明了这种基于数值优化设计方法的优势及其发展趋势，阐述了其将成为未来微流控芯片设计领域中主要方法的原因和下一步完善方法。