随着我国航天事业的迅速发展，空间科学研究的开展不断深入。空间生命科学是空间科学研究的重要组成部分，也是全世界空间科学研究的热点领域。为深入探索生物体在空间环境下的特殊状态和变化，需要适合空间条件的生命科学分析仪器。基于微流控芯片的生命科学分析仪器以其体积小、能耗低、易集成、样品消耗少的特点，成为空间分析仪器的首选。生物实验中的研究对象来源广泛，绝大多数的实际生物样品成分比较复杂，在进行分析之前需要一系列的前处理，大部分的常规前处理手段是不可能在空间完成的。微流控芯片特点决定了它可以作为空间生物样品前处理的一个重要的手段，首先，它的微尺度与生物样品相匹配，并且可以处理绝对含量较低的样品，其次，微尺度下的流体及控制使得样品与反应物或样品间的接触面积增大，提高了反应效率，缩短了处理时间，使得生物样品损失率降低。最后，微流控芯片样品前处理可以集成在整个仪器内，满足空间科学分析的基本要求。进行微流控芯片生物样品前处理的研究，不仅仅可以为空间实验服务，也可以用作实验室常规前处理方法的替代和补充，提高样品的处理效率，减少因时间带来的样品损失和实验误差。本论文依托微流控芯片平台，研究了DNA和蛋白质等生物样品的前处理手段，并在芯片研究的过程中参与研制了多种芯片制作和使用中的微装置。其主要内容有：（1）将模塑法制作PDMS芯片的整条工艺路线进行了本地化研究，成功的得到了一系列工艺参数，提高了芯片制作的成功率，采用本套工艺，模板制作成功率达80%以上，使用次数满足实验研究需求，芯片制作成功率接近100%。（2）研制了以循环结构和双向层流萃取为核心结构的萃取芯片。成功的从水中萃取了罗丹明-B，层流萃取效果接近100%。后续实验中进行了DNA样品的萃取，从血细胞中提取了全基因组。（3）研制了磁珠法提取DNA的芯片，首先用此芯片进行了液滴法的研究，得到了液滴生成的条件。使用芯片配合磁力架继续开展了磁珠法提取DNA的研究，从人淋巴细胞中提取了全基因组，取得了和常规试剂盒方法提取DNA相当的效果。（4）使用已筛选的胰蛋白酶适配体，研制了酶解器芯片，作为蛋白质样品前处理的手段。使用PDMS作为酶解器芯片的材料，经过多版设计改良后，根据实验情况，选择了微通道内带有微柱阵列结构的芯片作为酶解器芯片的最终版本。并为在线酶解的实验试制了部分辅助装置。在酶解器芯片制作过程中，我们在本实验室硅胶颗粒微柱酶解器的基础上，进行了条件筛选，使用溶液流通的方法进行固定胰蛋白酶。最终确定固定方法是，首先使用1%APTES修饰芯片微通道，然后再pH值为9.2的碳酸盐缓冲液的环境下使用戊二醛交联法固定胰蛋白酶适配体，最后在pH值为8.0的环境下使用适配体固定胰蛋白酶。最终得到的芯片内，理论上固定蛋白酶不超过0.3μg。使用酶解器芯片离线测试了标准蛋白不同条件下的酶解效果，在酶解时间均小于3s的情况下，成功的酶解了BSA。确定了在长度10mm通道的情况下，使用10μL/min的进样速度进行酶解，可以取得较好的酶解效果。并对实际样品进行了分析。搭建了在线的芯片酶解器/HPLC/MS联用平台，进行了样品的在线处理。（5）研制了简易可控式微流控芯片气泵。独立完成了仪器的设计、制作、调试和应用的全过程。通过对实用的PDMS气动微阀的测试，证明了所制作的仪器可以控制气动微阀的开关，从而控制流体的运动轨迹。这说明该仪器可以用于本实验室现有的微流控芯片微阀控制，满足了实验需求，填补了实验室此方面仪器的空白。（6）参与了多台空间芯片分析仪器的研制工作，包括芯片基因扩增装置、芯片核酸分析仪器和芯片细胞共培养及检测仪器。空间微流控芯片整体仪器的开发研制是一个大规模的团队工作，本论文参与研究了其中的一部分工作。包括芯片基因扩增装置的地面实验，芯片核酸分析仪器和芯片细胞共培养及检测仪器的整体仪器设计、部分零件设计及原理样机的研制。在团队的共同努力下，芯片基因扩增装置成功搭载，取得了空间生命科学的数据，另两台仪器也基本完成了原理样机的研制。总之，对于芯片的样品前处理手段，DNA的提取量虽然只和常规方法相当或略差，但是有集成扩增和分析模块的潜力。酶解器芯片酶解蛋白与常规酶解相比，虽然效果略差，但耗时极短，可以为蛋白质组分析提供一个很有效的前处理手段。综上所述，使用芯片进行大分子生物样品前处理，可以处理绝对量含量低样品，处理时间缩短，步骤减少，具有很好的应用前景。