冷冻电子显微镜技术于近几年间,在软硬件方面均取得令人瞩目的巨大跨越式发展,应用于更为广泛的科研领域,帮助科研人员解析了接近原子分辨率水平的生物大分子结构。生物大分子的结构是生命科学中的基本规律的体现,是人们研究生命起源和未来方向的引路基石,是我们从微观结构层面深入理解生命活动的基础,对生物医学、药物研发等诸多科研领域都具有深远的意义。与此同时,伴随着图像采集和数据处理技术的进步,生物大分子结构的分析成像效率也显著提高。但是,传统的样本制备方法效率低下,耗时较长,难以将生物大分子反应过程的中间产物及时取样,制约了冷冻电镜在时间分辨领域的进一步发展。本研究利用微流控芯片在微尺度生化分析研究领域的优势,以缩短冷冻电镜样本制备时间,提高效率,消除人工操作不确定性干扰为目的,设计制造了一款集成微混合和喷雾功能的微流控芯片,验证并分析了其适用性和性能,总结了设计思路和经验规律。在微芯片的结构设计方面,回顾前人的贡献和经验的基础上,综合利用多种如二次流等微观流体现象,提出了一种新颖的微混合结构,并且通过数值模拟与三种典型混合功能结构进行对比分析,总结较高性能微混合结构的设计思路;针对微喷雾的三个主要过程采用数值模拟进行分析,发现微尺度喷雾过程和传统宏观雾化器的不同,讨论微喷雾的机理和设计规律。在实验研究方面,对微芯片的选材和制造进行了研讨,通过对进口溶液流量（0.001μL/s-0.1μL/s）和粘度[0.001kg/（N·m）-0.799kg/（N·m）]的控制,观察不同条件下的混合效果和喷雾性能,验证了数值模拟的正确性以及采用PDMS材料的微混合喷雾芯片的优缺点和可行性。本研究设计制造的微混合喷雾芯片,特征在于无需外界能量的条件下能够在较广的液体流速范围内实现高粘度和更低粘度溶液的快速混合,均匀混合时间均控制在0.1 ms以下,具有较快的快速混合性能;通过气体射流的辅助,将均匀混合的液体在出口处吹散喷出,将液滴直径均控制在20μm以下,能够实现较好的液体雾化传输过程。在生化分析应用方面,加强了对于反应过程的可控性,缩短了生物样本传输制备的时间,应用于冷冻电镜中可以提高样本制备的效率,并且促进其在时间分辨研究方面的发展,具有令人期待的应用前景。此外,通过对不同条件下混合喷雾过程的数值模拟和实验分析发现,微尺度下的喷雾过程中,雾化效果基本不受液体的粘度影响;主要受到辅助喷射气流角度的影响,喷射角度越大,雾化效果越好;雾化效果与气流速度的关系与宏观下的规律相同,雾化效果不会随着气流速度的增大而无限提升。