太空环境中的微重力、高辐射、节律变化和噪音等因素会对航天员的健康造成影响,因此,有必要定期监测长期在轨航天员的健康指标。由于基于体液(血液、尿液、唾液)的生化指标检测样本获取方便、检测快捷,是目前最主要的生化指标检测途径,而在检测前需对样本进行预处理,如分离出血液中的白细胞、裂解细胞等。微流控芯片由于具有体积小、样品用量少、分析时间短、操作简便、功耗低等特点,非常适合航天医学检测应用。本文对基于微流控的血细胞分离和细胞裂解技术进行研究,并研发面向航天应用的体液预处理芯片。论文首先设计了集成片上双向微泵基于微过滤结构的血细胞分离芯片,同时利用错流过滤和死端过滤进行细胞分选。芯片具有反向冲刷防堵功能,微泵反向转动,驱动流体反向冲刷多孔滤膜防止堵塞,同时实现片上多次往复过滤。通过实验对流速、滤膜孔径等关键参数进行优化,通过多次往复过滤,提升分离效率。对于未稀释的全血样品,经过5次往复过滤,白细胞的富集率达到232倍、回收率达72.1%、纯度达15.1%,实现了99.7%的红细胞去除率,具有37.5μl/min的产量。接着,设计了集成排气功能的血细胞分离芯片,通过在芯片过滤区域顶端集成疏水多孔膜,并优化排气流速,将过滤区内90.0%的气泡排除,将输出样品内88.8%的气泡排除,芯片倒置时仍能实现排气。通过排除气泡,增大了有效过滤面积,提高了分离效率和工作稳定性,经过8次往复过滤,对全血样品实现了396倍的白细胞富集率、70.6%的回收率和23.3%的纯度,去除了99.8%的红细胞。处理300μl全血耗时460 s,相当于39.1μl/min的产量,输出样品内气泡含量低于0.82%,避免干扰后续检测。血细胞分离过程无需外部流体驱动源,从进样、细胞分离、气泡排除、到样品输出整个过程实现了自动操作。设计并制作了基于片上蠕动微泵的细胞裂解芯片。微泵既是流体驱动源,又是细胞裂解源,通过蠕动微泵的挤压裂解细胞,避免了常规机械式裂解芯片的堵塞问题。通过优化钢珠下压深度、芯片底层硬度等关键参数,并利用微泵、微阀实现片内循环,经过30次循环裂解,对于HEK293和NK细胞分别实现了80.6%和90.5%的裂解率,在36 s内完成50μl细胞液的裂解。针对航天应用需求,设计并制作了面向航天应用的血细胞分离芯片和细胞裂解芯片。研发了预处理芯片的封装技术,使芯片能承受低至10 Pa的负压和环境压强的快速降低。在体液预处理仪器上对芯片的分离性能、裂解性能、排气性能及定量供给性能进行了测试,满足项目指标要求。