生物微环境中的力学信号刺激是维持生命活动正常进行的必要条件之一。力学刺激强度、频率和作用模式的改变会引发机体一系列生理学变化。然而,当前环境信号调控细胞形态行为的研究,多集中于化学信号和基质环境的物理性质（包括硬度和微结构等）,对于动态力学信号对细胞行为的调控机制研究不足。该方面研究的技术难题在于:1.如何在单细胞上可控引入动态力学信号;2.如何有效评估细胞对动态力学信号的应答行为。本课题基于光学手段结合软刻蚀制备可以产生往复流场的微流控芯片,通过微液滴技术构建模拟体内的肿瘤细胞三维培养环境（胶原蛋白三维结构）。通过,剪切流场和渐变微米限制结构施加作用力→液滴形变→引起液滴中的三维胶原蛋白网络结构重塑→胶原蛋白纤维网络介导动态力学信号传递至细胞的作用路径,在单细胞层面上引入频率和强度可控的动态力学信号。具体研究内容如下:（1）基于阀控微流控技术设计可以产生往复流场的芯片,结合渐变微米限制结构,从而在液滴上引入波动剪切力,并利用COMSOL Multiphysics仿真软件层流相场法模拟液滴受剪切影响发生形变的动态过程。（2）采用光学手段（包括光刻、软刻蚀等）制备具有多层结构的阀控微流控芯片,进而基于微流控芯片Y型微通道结构,建立产生液滴的实验条件,验证利用微流阀和渐变微米限制结构在芯片中产生可控幅度和频率的往复振荡剪切流场的可行性。（3）基于活细胞光学成像技术,对剪切流场中的微液滴和细胞形变进行实时追踪,建立动态力学信号和细胞形态行为的时空关联。本文基于光学手段制备可以产生往复剪切流场的阀控微流控芯片,并在液滴中构建三维胶原蛋白纤维基质环境,培养Hep G2肝癌肿瘤细胞,同时利用芯片中集成的微流阀在渐变微米限制结构内产生往复振荡的剪切流场,实现对液滴及其内部细胞的反复拉伸,以此构建动态力学信号刺激,为进一步开展动态力学刺激对细胞形态行为的调控机制研究提供了新的实验平台,同时在单细胞尺度探测动态力学信号方面有一定的实用价值。