在过去的二十多年间,依赖着以软光刻和PDMS浇筑成型为代表的的微流控芯片加工技术的发展成熟,微流控芯片技术在科学研究的各个领域得到了广泛应用。然而随着微流控芯片越来越多地应用于细胞生物学相关研究,以单一材料为基础的芯片设计往往难以实现复杂的功能。在这样的背景下多种材料的组合成为芯片制作的新趋势。凝胶材料与传统高分子材料的组合可以大大提高芯片的性能。本论文中我们将琼脂糖凝胶作为一种基本的芯片构筑材料,研究在凝胶上构建微米尺度结构的方法,并且进一步将凝胶—PDMS组合芯片应用于细胞体外培养模型的构建中。本论文的研究内容包括:1.使用琼脂糖凝胶材料制作孔径可控的微坑阵列,并与PDMS材料的微流控芯片组合成杂化芯片,通过PDMS芯片通道直接往凝胶微坑阵列上添加细胞悬液即可实现细胞的高效捕获。琼脂糖凝胶芯片具有良好的透光性质,因此可以对捕获的细胞进行实时连续的观察,也可以使用荧光探针对细胞进行染色观察。我们研究了不同孔径与间距的凝胶微坑阵列对人体内皮细胞捕获的效果,并对其进行了参数优化。通过计算机模拟流体的方法我们研究了琼脂糖凝胶芯片高效捕获细胞的过程和原理,发现细胞捕获效率与凝胶的吸水特性紧密相关。2.在琼脂糖凝胶芯片对细胞高效率捕获的基础上,我们设计了带有不同几何通道结构的PDMS上盖芯片对细胞捕获的空间位置进行限定,实现了细胞的图案化捕获。这一成果使得不同种类的细胞可以在同一块凝胶微孔阵列上实现不同区域的细胞定位与捕获,为进一步构建多种细胞体外共培养模型搭建了培养和观察的平台。实验中我们研究了人脐静脉内皮细胞与人脑胶质瘤细胞在凝胶微坑阵列上受到抗肿瘤药物刺激的共培养模型。通过调整两种细胞的相互位置和相对数量,我们发现内皮细胞的存在可以大大提高胶质瘤细胞在肿瘤药物作用下的存活率。3.我们进一步发展了琼脂糖凝胶芯片上的通道刻印术,在凝胶材料上构建了参数可调的微流体通道。凝胶芯片上的流体通道同时具有流体运输和小分子透过的性质,与人体血管功能有相近之处。通过流体控制的手段,我们在一定宽度的流体通道上铺展人内皮细胞使其形成类似血管的半开放腔道结构。在明场和荧光显微镜的观察下,致密的血管壁层结构可以被清晰的识别。我们同时研究了通道的几何参数对内皮细胞形成血管结构的影响。