微流控芯片具有高效、低成本、高通量等优点,可以将生物粒子等的分离、分析、筛选、检测等功能集成在一块很小的芯片上,完成自动化的分析。因此它在生命科学、生物医学、分析化学、药物和作物筛选等领域有着广泛的应用前景。微电极是微流控芯片中至关重要的部分,但众多微流控芯片中微电极采用金铂等贵金属,其成本昂贵,电极形状固定不可形变,这就导致了大部分集成有微电极的微流控芯片仅能实现单一功能。液态金属具有良好的导电性和生物相容性,本文首创性提出了基于液态金属的柔性可形变微电极,深入研究了液态金属微电极的形变控制机理及其特性,并将其集成到微流控芯片中,应用介电泳原理对细胞的力学特性进行测量分析,证明了基于液态金属的柔性可形变电极的有效性,解决了传统微电极制造工艺复杂,功能单一,不具广泛的适用性等局限性,并有望将其应用到更复杂的细胞操作中。论文对以下四个方面进行了深入研究:首先,开展了基于液态金属的可形变电极的机理研究。深入探索了液态金属在微流道中的流动机理和电毛细原理,并基于这两种原理分别开发了能够使液态金属微电极实现可控形变的的流动法和电毛细法。这两种方法制造工艺简单,电极的形变程度可控。接着对电极的稳定性进行了分析与测试,提出了一种能够使液态金属微电极长时间保存的方法,只需改变镓的含量以此改变液态金属的熔点即可。同时证明了本实验中所制造的液态金属可形变微电极在常温下具有良好的物理化学稳定性,在施加小于20V的电压下仍然保持稳定,这为液态金属可形变微电极与微流控芯片的有效集成奠定了基础。其次,开展了基于液态金属电极的细胞操作方法研究。首先分析介电泳形成的原理及影响因素,根据液态金属所具有的独特优点研究分析基于液态金属电极构成介电泳的机理。接着,通过电极的设计排列以及电场强度的仿真验证了基于液态金属电极构建介电泳原理的可行性和优点。然后依据液态金属电极构成介电泳的原理,研究其在细胞操作中的方法,包括细胞的移动方法和细胞拉伸方法。液态金属电极成本低可回收利用,制造工艺简单同时可以形变改变电极间距,在不同种类和大小的细胞操作,尤其是细胞力学特性测量方面有着显著的优点,为接下来将其集成到微流控芯片中并搭建操作平台奠定了基础。接着,进行了微流控芯片的工艺研究和实验平台的搭建。研究了微流控芯片的制造工艺,包括阳模制造工艺,微流道倒模工艺,ITO电极制造工艺,液态金属可形变电极制造工艺等。重点研究了液态金属微电极形态控制的方法,设计了液态金属可形变电极的不同结构,可以根据不同的应用场景制造不同结构的液态金属可形变电极并将其和微流控芯片的结合。搭建了基于集成液态金属可形变电极微流控芯片的细胞操作平台,为接下来使用液态金属电极对细胞进行操作奠定了基础。最后,利用集成可形变电极的微流控芯片开展了在生物细胞操作中的应用研究。基于集成了可形变的液态金属电极的微流控芯片和搭建的操作平台,研究其在生物细胞操作中的应用。液态金属电极利用可控形变调节间距的特点在细胞力学特性测量分析中具有独特的优势,对于不同种类和大小的细胞具有广泛的适用性。本文对小鼠静脉红细胞的力学特性进行了一系列测量实验和结果分析。该实验证明了液态金属可形变电极的适用性,也为细胞更加复杂的操作如分选,旋转等提供了新的方法和思路。