病毒是一类非细胞形态的胞内寄生微生物,能够导致全球性的大规模传染性疾病(如禽流感、艾滋病、非典等),严重威胁人类健康。因此,迫切需要研发和制备有效的抗病毒药物,而了解病毒侵染宿主细胞的机制是研发抗病毒药物的基础。在传统的病毒学研究中,宿主细胞通常被培养在细胞培养皿、培养瓶或培养板中,这些装置都是二维的和静态的,难以完全真实地反映生物体内细胞所处的环境,自然也就无法完全真实地反映体内的病毒侵染和传播的机制。微流控芯片是近年来发展起来的一种新型分析技术,由于其具有节约试剂、携带方便、高通量、易集成等特点,已广泛应用于细胞生物学的研究中。在微流控芯片内,通过通道内的微流体调控细胞周围的流体和化学因素,可以模拟血管等体内环境；也可以通过微机电加工技术调控细胞所处的基底的形貌,模拟体内细胞周围的细胞外基质的形貌等。微流控芯片为细胞生物学研究提供了更真实的仿真体系,也为研究病毒的侵染和传播机制提供了新的平台和方法。基于此,本论文围绕微流控芯片和病毒与细胞的相互作用入手,开展了以下工作：1.设计了一种零剪切力的三维细胞培养微流控芯片,并与共聚焦荧光显微镜结合,对表达绿色荧光蛋白的重组伪狂犬病毒的侵染过程进行了实时原位的示踪。三维的细胞培养小室为宿主细胞提供了几乎零剪切力的环境,减小了流体剪切力对细胞造成的伤害。微流控芯片的体积很小,便于与显微镜等精密仪器进行结合。我们对芯片上的病毒侵染过程和传统培养皿中的病毒侵染过程进行了比较,结果发现二者在荧光蛋白的表达及子代病毒的产出量方面都没有显著性差异,说明该芯片可以用来研究病毒侵染和扩增等行为。此外,我们将三维的细胞培养小室与圣诞树型的浓度梯度结构结合,研究了诺考达唑药物对伪狂犬病毒的抑制效果。结果显示,诺考达唑可以但不能完全抑制伪狂犬病毒的侵染,其抑制效果与浓度相关。本部分工作建立了一个有望应用于病毒侵染研究的微流控平台,为下一步进行相关的病毒研究奠定了基础。2.设计了一种微槽型的PDMS基底用于细胞培养,研究了牛痘病毒在微槽型基底上的传播行为及病毒侵染过程中细胞骨架的重组。结果发现牛痘病毒在微槽型基底上诱导产生的蚀斑是椭圆形的,而不是传统方法中所观察到的圆形。牛痘病毒在微槽型基底上沿微槽方向的传播速率大于在平滑基底上的传播速率,而在垂直于微槽方向的传播速率小于在平滑基底上的传播速率。进一步研究发现,微槽型基底对宿主细胞有接触导向作用,不仅使宿主细胞在沿微槽方向出现明显拉伸,而且使得促进牛痘病毒传播的肌动蛋白尾巴也发生了定向的排列。该研究使我们深入理解了病毒在生物体内的传播机制,病毒可能能够根据细胞所处的环境来主动调整自身的侵染和传播方式,以达到快速侵染和传播的目的。3.设计了一种可以对病毒进行定点微量加样的开放式微流控芯片,该芯片含有一个尺寸较大的主通道和垂直方向上的一个尺寸很小的喷嘴,喷嘴外面是开放式的细胞培养区域。我们利用FITC进行了测试,发现通过控制喷嘴的宽度和注入流体的速度,可以有效地控制从喷嘴处喷出的液滴的有效半径。流体模拟的结果表明,喷出的液滴主要是由流体驱动力控制的。利用该芯片,我们成功实现了对牛痘病毒的微量注射,并观察到了蚀斑的形成及变化。这种开放式的定点微量注射微流控芯片固定了蚀斑出现的位置,解决了传统研究中蚀斑随机形成、难以示踪的问题,为蚀斑相关的病毒学研究提供了新的方法。