低温保存作为一项重要的技术,在细胞治疗、组织工程、再生医学、器官移植以及辅助生殖领域都有着极为广泛的应用。成功的低温保存不可避免的要使用到低温保护剂。但在添加和去除保护剂的过程中会引发渗透损伤、机械损伤,保护剂本身也会造成毒性损伤,导致细胞存活率降低。尤其是在玻璃化保存过程中,使用的保护剂浓度比较高,需要多次添加,从而导致更大的损伤,故优化保护剂的处理过程更为重要。因此,对于保护剂的添加和去除过程的研究有利于探索出最佳的方案,实现更好的保存效果。本文针对保护剂的处理问题,主要进行了两方面的研究。首先针对小细胞悬浮液保护剂处理的问题,以人脐静脉内皮细胞(HUVECs)为研究对象,设计了流动聚焦型结构芯片。利用微通道内层流扩散原理,实现浓度的连续变化。并用荧光染液验证微通道的浓度分布情况。最后在三种不同的保护剂浓度下,比较传统分步法和芯片法的细胞存活率结果,分析了渗透损伤、毒性损伤以及离心损伤对细胞的影响。芯片法优化了保护剂的处理过程,不仅使得操作更加简便快速,而且极大的提高了细胞存活率。另一方面,针对单个大细胞的保护剂处理问题,设计了另一套微流控芯片装置。通过有限元仿真和荧光染液的方法研究了浓度梯度生成结构的有效性。实验以受精失败的人卵细胞为研究对象,利用装置实现了卵细胞的捕获、细胞膜参数的测量,以及多浓度、多种类保护剂条件下细胞的体积响应观测。得到的数据为卵细胞添加和去除保护剂过程优化提供了理论依据,也为将来的人卵细胞研究提供了参考。