微流控技术(Microfluidics)是微全分析系统的核心,是一门在微米级结构中精确操控纳升至皮升体积流体的技术与科学。通过对微通道中流体的操控,可以把整个实验室的功能,包括采样、稀释、加样、反应、分离等集成在信用卡大小的芯片上。近十多年来,随着微流操控技术如层流技术、液滴技术等的不断发展与完善,微流体的应用已深入到生化分析、疾病诊断、燃料电池开发和微/纳米功能材料制备等领域。本论文主要进行了微流控芯片上单相/多相微流的操控研究,在此基础上开展相应的应用研究。第一章综述了微流控单相/多相流的操控技术及研究现状,包括单相层流、多相层流和液滴的形成原理、特点以及它们在分析化学、细胞生物学、蛋白结晶、有机合成、微/纳米材料制备等领域的应用。第二章建立了一个实时分析温差环境扰动果蝇胚胎卵裂过程的微流控平台。该平台由微流控芯片、温控装置以及激光共聚焦显微镜所组成,较强的微流温差控制能力和能够在芯片通道内原位实时分析果蝇胚胎发育情况是它的主要特点。使用该平台,可以将果蝇胚胎的头/尾部置于25℃/16℃、25℃/18℃以及25℃/20℃温差微流中培养,并获得培养过程中头部和尾部细胞核的有丝分裂情况信息。实验中观察到,向胚胎两端施加温度差异环境会诱导胚胎头部和尾部不同步卵裂,比均一温度下的卵裂不同步至少提前两个周期；同时,头/尾部卵裂差异的大小与温差方向相关。这些发现对揭示果蝇胚胎在异常环境下的机体补偿机制具有重要意义。第三章通过建立一种简单易行的复合玻璃芯片通道内壁区域亲/疏水性修饰方法,实现了多相流在微通道中多种流态的转换。该方法利用真空紫外光能透过石英玻璃的特性,在掩膜辅助下,实现了对钠钙-石英玻璃芯片通道内壁疏水硅烷化层的区域降解。芯片经沿通道轴向修饰后,被用于将O/W液滴转换为W/O液滴和控制W/O/W双重液滴的形成；芯片经沿通道轴向与径向修饰结合后,被用于实现O/W液滴(或W/O液滴)与层流的相互转换。本章所介绍的各种流态操控各有其特点,初步展示了其在液/液萃取分析中的应用潜力。第四章将第三章中所实现的液滴-层流操控应用于多组分药物分配系数的同时测定。在所制备的复合玻璃芯片上,先生成W/O液滴以加速药物在两相中的分配,随后将液滴转换为层流,将两相稳定分离,最后用HPLC分析萃取后水相中药物的含量,进而计算分配系数。这种方法具有样品消耗量低、操作简便、分析速度快、环境污染小等特点。它将液滴的快速传质优点和层流的分相优点集合至玻璃芯片上,使得玻璃芯片可同时作为反应器和分离器。第五章对本论文工作进行总结,并就后续工作的开展提出若干建议。