微流控技术(Microfluidic technology)是一种以在亚微米到微米尺度对流体(一般是层流)进行精密操纵的技术;它结合微机电系统(MEMS)工艺技术可以制造出耦合电声光效应的微纳器件,可以在同一块芯片上实现多种操纵手段高效完成复杂的生化反应,故而又被称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)。通过阵列化的手段,微流体芯片能够在具有高分析速度的同时实现高通量,并行处理几十到成百上千个细胞。微通道的尺寸与细胞(一般几到几十微米)相当,使得微流控技术在单细胞甚至单分子水平都具有很强的操作性。因而,微流控芯片是一种特别适合于单细胞分析的平台。其优势主要体现在:(1)高通量并行化的操作可以同时处理多个细胞,减少了人工操作的误差和不稳定性;(2)将细胞捕获、分离、裂解等多步反应都集成在同一芯片中,实现原位检测并节省实验成本;(3)只需要少量的试剂量就可以精确地把控细胞外环境的离子浓度、温度、二氧化碳浓度等因素,模拟体内细胞外环境,提高检测数据置信度。本研究以流体力学为基础结合微流控细胞捕获技术与细胞机械性能应力测量技术,设计了高通量的单细胞/微粒捕获微阵列,为高精度的细胞生物力学性能检测提供了基础。实现了在同一微流控芯片上对单微粒和单细胞进行阵列捕获和细胞机械性能表征两种功能。本论文主要内容如下:首先,基于流体动力学理论,对粒子在微尺度流体中的受力进行分析,设计了能够实现高通量单微球/单细胞捕获的微结构阵列,并推导出分流比例公式。之后,通过多物理场仿真软件(COMSOL)对各微通道的流场分布进行分析,并验证理论公式。其次,根据微流控芯片的结构和功能,选用负性光刻胶以4英寸硅片为基底通过紫外光刻工艺方式进行模具加工,并采用透明硅橡胶材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行倒模得到微流控芯片。最后,搭建微流控芯片实验测试平台。首先采用阵列芯片一对一捕获聚苯乙烯微球,结果显示捕获效率可达100%;之后将与微球尺寸近似的Hela细胞通入芯片进行捕获,再调控进液流量提升细胞两侧压降,测量细胞吸入支通道的变形量,表征细胞生物力学参数。