单细胞分析能够如实反映细胞个体间的差异性,有利于研究生物系统的发生、发展过程和探究生命活动规律,为生命科学研究提供新的视野和方法。微流控芯片技术由于具有高通量、集成化程度高、自动化、微型化等特点,尤其是芯片内的微通道尺寸与细胞尺度接近,近年来被广泛应用于细胞的相关研究。将微流控芯片用于单细胞分析可以从单细胞水平解析肿瘤或疾病发生、发展过程的生化信息转化和调控机制,为生物医学的基础研究和临床应用提供一种独特的研究方法和研究思路。然而,如何获得高通量的单细胞并开展单细胞分析仍然是目前研究的难点。本课题以微流控技术为依托,结合三维（3D）喷墨细胞打印技术和微坑阵列技术,构建单细胞微流控芯片平台,并将其用于介孔碳纳米材料的毒性研究。在此基础上,进一步构建细菌与细胞共培养微芯片从而模拟更加接近体内肿瘤细胞生理的微环境,用于评价介孔碳毒性和介孔碳负载抗生素药物的研究,为纳米药物在生物医学领域的安全应用提供一些参考。一、微流控技术结合3D细胞打印技术构建单细胞分离和培养平台。结合喷墨打印技术与3D平台,成功搭建了3D细胞打印平台,并用于高精度、稳定的单细胞微阵列的制备,进而开展了细胞培养、原位观察和腺苷三磷酸诱导下细胞的增殖研究。通过对打印基底的亲/疏水性、细胞打印条件如细胞密度、打印电压、单次打印体积等的优化,最终获得高通量单细胞阵列,单细胞占有率达到91%,从而建立了一种单细胞制备平台。所建立的平台可以联合其它分析技术对细胞的信号分子或中间产物进行分析与鉴定,有望用于单细胞异质性的研究。二、构建微坑阵列芯片进行单细胞捕获,并开展介孔碳的细胞毒性分析。分别考察了介孔碳诱导下单细胞内氧化还原体系、细胞周期和线粒体膜电位变化,揭示了以酚醛树脂为碳源的介孔碳对不同种类肿瘤细胞的选择性抑制作用。所建立的方法有望用于其它纳米材料的生物安全性研究,也为介孔碳作为载药材料和药物筛选提供了数据支持和技术支撑。三、利用所构建的微坑阵列芯片,建立单细胞肿瘤微生物微环境模型,进一步模拟肿瘤体内微环境并开展介孔碳的毒性研究。此外,还考察了介孔碳负载抗生素对单细胞肿瘤微环境的影响。以乳腺癌细胞MCF-7和大肠杆菌（Escherichia coli）为模型,结合海藻酸钠生物材料,通过构建细菌与乳腺癌单细胞共培养微环境体系,探究MCLA对体系中乳腺癌单细胞活性和氧化还原体系的影响。所建立的方法可为肿瘤治疗寻找新的靶点,有望为药物筛选、生物医学和临床诊断提供可靠的模型和一种全新的研究思路。