模拟生物体内浓度梯度的环境已被证明在广泛的生物过程中发挥作用,生物分子梯度是一种重要的信号机制,用于指导细胞在活体组织中的生长、迁移和分化。而阐明这些现象需要有能力使细胞暴露于可量化、可控和模拟体内存在的生物分子梯度,而微流控技术已经成为了研发浓度梯度生成器的新平台。本文研究基于溶液在微通道中以低雷诺数流动时,溶液会以层流的状态流动为原理,设计了多种新的浓度梯度生成器,其可以产生精准、可控、稳定的浓度梯度。本论文首先介绍了浓度梯度产生器的国内外研究现状和研究背景,说明了本文的研究意义。然后根据浓度梯度产生器的产生机理,设计了一种基础的圣诞树型浓度梯度产生器,并比较了不同入口数量和不同入口流速对产生浓度梯度的影响。其次,设计了Cantor分形结构的圣诞树型浓度梯度产生器,并应用数值模拟分析了分形级数,微通道高度和不同入口流速对产生浓度梯度的影响。最后,针对浓度梯度产生器的加工制作进行了研究,本文利用CO₂激光机对PMMA,PS,PET三种材质的芯片设计了不同的浓度梯度产生器。用PMMA材质的芯片制作了圣诞树型浓度梯度产生器,并用正交试验的方法探究了不同的激光加工参数对微通道的影响,并比较了实验与仿真的结果。用PS材质的芯片制作了圆盘型浓度梯度产生器,同样用正交试验的方法探究了激光加工参数对微通道粗糙度的影响。用PET材质的芯片制作了阶梯型浓度梯度产生器,并探究了不同的激光功率和速度对微通道的深度和宽度的影响。通过对浓度梯度产生器的仿真和实验研究,本文设计了多种浓度梯度产生器结构,并将Cantor分形引入到浓度梯度产生器的微通道的设计中,其均可得到了不同的浓度梯度曲线,对今后浓度梯度产生器的研究有一定的指导价值。