利用微流控技术对细胞或生物颗粒进行操控,正成为近年来快速发展的领域之一。由于微流控芯片具有成本低、效益高、微型化,尤其是可实现对稀有细胞的富集等优点,将极大的有利于生物医学和细胞生物学的研究。本文基于流体动力学、固体力学、流固耦合理论、颗粒-流体两相流动和牛顿运动定律等等,提出了基于微流控芯片的细胞运输和捕获的数学模型。另一方面,针对实际应用当中的使用要求,提出了一系列的芯片性能评价指标参数,主要包括:芯片的捕获效率∈、细胞的载入时间t、实现高通量分析和芯片内流场的分布等。这些芯片性能指标对芯片的结构设计提出了具体的要求。通过对细胞的捕获理论与上述评价指标的分析,设计了 U型无缝、U型单缝式和双缝式等3种微阱捕获结构,以及多种阵列排布的微阵列捕获芯片。基于商业软件COMSOL建立了单个细胞捕获过程的数值模型,并研究了入口速度、捕获微阱结构等对捕获结果以及相应过程参数的影响。另一方面,基于实验研究的方法,搭建了用于观测细胞捕获的实验平台,用聚苯乙烯小球替代细胞,主要研究了微阱结构与阵列排布对芯片捕获效率和载入时间的影响。数值模拟结果显示,双缝式捕获阱结构在速度范围较大的时候具有较好的捕获效率,U型单缝次之,U型无缝最差。不仅如此,双缝在相关的过程参数上也表现较好,相同条件下,流体对细胞的影响最小。实验研究结果较好的与数值结果保持一致。进一步的实验研究发现,双缝式细胞捕获的效率最高、载入时间也最短,U型单缝也具有较好的捕获效率与较短的时间。然而,U型单缝芯片在细胞受力等指标上劣于双缝式,而U型无缝式捕获阱的捕获效率最低。相同捕获阱下,间距比为2时,通道的流畅度最好。终上所述,本文所设计的三种结构的微阵列捕获芯片,可以应用于细胞捕获过程的分析。通过理论分析、数值模拟和微芯片实验发现,双缝式捕获阱具有最好的捕获效率及相应的参数指标。本文提出的研究方法和分析结果,可为进一步的细胞捕获芯片的结构设计和实际应用提供参考依据。