作为生命体结构和功能的基本单元,细胞需要通过胞间通讯完成各种生命活动。细胞通过释放各种信号分子实现细胞间信号转导是多细胞生物普遍采用的一种通讯方式。因此,准确、实时、动态监测细胞释放的化学信号分子,对研究及理解细胞间通讯机制具有非常重要的意义。目前,多种实时监测技术已成功用于单细胞释放化学信号分子的研究中,并取得了重要进展。作为一种高灵敏、高选择、高时空分辨及快速响应的检测技术,超微电极电化学在单细胞释放化学信号分子的实时、动态监测中发挥了重要作用。目前,碳纤维微电极及其修饰电极在细胞释放化学信号分子的定量检测及释放动力学过程的高时空分辨监测方面发挥了不可替代的作用。但这类微电极需借助微操作系统控制微电极对准单个细胞,不易实现高通量及自动化检测。近年来,大小、形状、间距及材料可控的平面微电极阵列具有高通量、易集成及易实现自动化等独特优势,可以实现细胞的自动捕获；在单细胞释放的实时、动态监测及药物筛选等研究领域的应用日益广泛和深入。发展新型高灵敏、自清洁及能够重复利用的微电极阵列,实现细胞的长期监测,是当前的一个重要研究方向。体内细胞时刻处于复杂的微环境,因此细胞的体外准确检测依赖于其生存微环境的成功构建。微流控芯片技术通过芯片结构设计、表面生物功能化以及流体的精确控制,可以实现体内生理微环境的模拟。微电极阵列与微流控芯片的集成,有望实现细胞生长、增殖和细胞信号传导过程的实时动态监测。目前,发展生物兼容性好、易制作的三维微流控集成芯片用于细胞微环境构建及实时检测依然存在挑战。基于超微电极和微流控芯片的优势与存在的挑战,本文在高灵敏微电极研制、良好生物相容性微流控芯片制作、新型细胞培养模式以及微电极阵列和微流控芯片的集成等方面开展工作,主要研究内容和结论如下：一、设计一种多功能的PDMS微流控集成芯片,用于无剪切压力下的细胞长期自动灌流培养和实时电化学检测。通过芯片结构设计,制作了一种圆形‘护城河’和环形微柱阵列环绕的细胞培养池；采用培养液由下层灌流通道灌入,废液由上层通道流出的‘自上而下’灌流模式,实现了无剪切力模式下人脐带静脉内皮细胞(ECV304)和鼠嗜铬细胞瘤(PC12)长期自动化增殖及分化培养。与微电极阵列集成实现了PC12细胞生长过程中多巴胺释放的实时安培检测。二、以Ti层为基底,利用阳极氧化和热退火方法成功研制了一种新型的自清洁碳掺杂二氧化钛纳米管阵列(carbon-doped TiO2nanotubes array, C-doped NTA)微电极,并考察该传感器自清洁能力。多次检测污染的电极经紫外照射后,电极活性可以恢复到原来的85%。采用C-doped TiO2NTA微电极阵列,初步实现了PC12细胞胞吐释放的实时安培检测。三、以明胶为芯片材料,制作了一种生物兼容性好、制作简单、廉价的3D腔体芯片用于体外血管模拟,得到了直径和壁厚可控的腔体或腔体阵列芯片。成功实现了ECV304细胞培养和体外血管模拟,并进行了体内静脉和动脉脉冲培养条件下内皮细胞响应研究。四、以钛合金丝(Ti6A14V)为基体材料,制作一种碳包碳化钛纳米线阵列(C/TiC NWA)微电极,用于一氧化氮高灵敏检测,对NO检出限可达0.6nmol/L与3D明胶血管模拟芯片集成,实现了体外模拟血管中内皮细胞释放NO的高灵敏实时电化学监测,并考察了不同剪切力作用下的NO释放量变化。