生物水凝胶纤维能够模拟体内固有的纤维状结构(如血管、肌纤维、神经纤维等)及胞外微环境,在组织功能修复及药物筛选等领域具备重大应用价值。微流控技术由于可以精确调控通道内液体的流动,在构建组成、形貌及功能多样化的生物凝胶纤维中具备独特优势。刺激响应型水凝胶作为一种可响应外界环境变化产生形状、强度等性能改变的智能材料,在芯片微器件、药物释放和仿生驱动等领域应用广泛。因此,本论文将微流控技术与刺激响应型水凝胶相结合,制备了能够响应环境变化的、形貌可调控的生物凝胶纤维,并初步开发了其在生物医学中的应用。本论文主要研究内容及成果包括:(1)制备了一种多重响应型复合凝胶PNIPAAm-PEG/Ca-alginate并将其用于纤维制备及胚胎干细胞负载。搭建了一套气动控制的微流控装置,基于复合凝胶制备了尺寸、形貌和力学性能可调控的凝胶纤维。复合凝胶纤维具备良好的生物相容性,包埋于其中的人胚胎干细胞存活率、增殖率以及多能性标志物表达水平良好。复合凝胶纤维具备多重响应性,对环境变化(温度、酶和EDTA)具备响应能力,可实现对包埋细胞的释放。实现了对复合凝胶纤维的三维组装,展示了未来进行复杂结构编织的可能性。(2)提出了一种基于微流控技术制备肺泡状微纤维的方法,并用于肺泡模拟。搭建了一套微流控纤维生成装置,生成了尺寸可控的、同时含有气泡和微通道结构的凝胶纤维。考察了微流控装置中各相流量与气泡大小、间距及微通道尺寸的关系。对微通道中大分子扩散进行了表征,模拟肺泡外微血管的基本功能。对气泡中气体扩散进行了表征,初步模拟肺泡的气体交换功能。探究了氨中毒模型下仿生肺泡中细胞生长情况和生理活性,展示了该肺泡状微纤维用于肺泡仿生的潜在的可行性。(3)设计了一套微流控共轴级联装置,利用气体浮力和自组装现象,制备了一系列具有脱水响应自形变能力的非对称气泡凝胶纤维。考察了各相流量对气泡大小及间距的影响,制备了气泡大小、间距及排布方式可控的凝胶纤维。评价了纤维横断面气泡不对称程度对脱水弯曲曲率的影响。基于气泡的非对称排布和水凝胶与气体间脱水收缩率的差异,实现了脱水响应的系列形状变化,展示了未来与三维打印技术相结合应用于四维打印的可行性。