人体组织器官的衰竭和缺失是目前威胁人类健康的最主要疾病之一,其治疗手段主要是通过器官移植,但由于人体器官供源及其有限,导致很多病人失去了宝贵的治疗机会。组织工程目前正利用“底层到顶层”细胞三维组装的方法,开发具有替代人体器官功能的人工组织,从根本上解决器官缺失类疾病供源少、免疫排斥大等问题。本课题利用底层纤维状细胞微结构,构建顶层具有复杂形状的三维细胞组装体。针对该微结构可控性差、组装结构简单的问题,本文通过磁性纳米粒子增强了该微结构的可控制性,并在此基础上提出了一套基于磁力引导操作的三维组装方法。基于磁引导位置移动和结构定型的组装策略,可使该微结构充分发挥其狭长、易弯曲的结构特性,高效、准确地沿着支撑模型表面进行组装,从而构造了多种新颖的三维细胞空间结构。本研究为组织工程中的三维细胞组装引入了一套基于微流控技术、磁引导技术、机器人技术于一体的新的组装方法。具体研究内容和成果如下:首先,针对纤维状细胞微结构可控性差的缺点,通过微流控技术,将纳米磁性粒子整合进入了该微结构中,形成磁性纤维状细胞微结构。这种磁性微结构能够对外部磁场产生快速响应,增强了它的可控性。其次,针对纤维状细胞微结构缺乏有效微观组装方法的问题,本文提出了一套基于尖端电磁镊引导的缠绕式微组装方法。研究了电磁镊的尖端与该磁性微结构之间的作用关系。设计了适配尖端的隔离套,实现了电磁镊对该结构的尖端控制;设计了拉伸牵引的操作策略,实现了在微小范围内对微结构的准确定位。通过磁镊运动的轨迹规划,完成了运动磁场对微结构移动位置的引导,实现了空间缠绕操作。最后,构造了直径为200μm的螺旋状三维细胞微结构。第三,针对纤维状细胞微结构宏观组装结构单一的问题,本文提出了一套基于永磁铁引导沉淀的流道打印式组装方法,合成了多种具有复杂空间外形的细胞宏观组装结构。设计了基于缓冲流流体脉冲的喷射暂停机制,实现了微结构稳定、可暂停的喷射效果。优化了磁力组装区域和微结构中的磁性纳米粒子浓度,完成了在磁力引导定型作用下大量微结构的快速组装,并保持了高细胞存活率。最后设计了基于不同支撑模式的打印策略,实现了微结构在不同模型上的定型组装。最后,针对宏微组装过程中发现的磁性粒子浓度高会降低细胞存活率的问题,设计了基于流体聚焦夹断与离子扩散交联于一体的微流道芯片,加工了磁性粒子与细胞分离的改进型纤维状细胞微结构。分析了芯片内各溶液流速对微结构的影响,建立了基于溶液流速的微结构成形控制方程,实现了微结构内部磁性浓度的精确控制。分析了微结构内磁性微油滴在磁场中的作用力,并实现了磁力在整个微结构上的快速评估。这种磁性粒子浓度的精确控制和磁力的评估,为该微结构在未来实现精确细胞组装提供了必要的手段。