在生物系统中,扩散是营养和因子运输的一个基本机制。自20世纪90年代“芯片上的实验室”出现以来,微流控芯片提供了一个多功能平台可用于实现基于扩散现象的应用研究。扩散现象和以扩散为基础的试验分析是这个论文工作的主题,主要对微流通道内外的扩散进行了研究和讨论。微流通道内的扩散研究以简单方形通道和几何形状呈周期变化的通道为研究的对象,其有效扩散系数受到通道宽度大小的影响。由此我们利用扩散现象在微流通道中合成氧化锌纳米材料。由于扩散的原因,氧化锌纳米结构显示出一定的密度梯度,在同一块样品上观察到了氧化锌纳米结构从纳米颗粒到纳米线的早期合成过程。除此之外,在微流通道中可以通过扩散实现对局部细胞的药物作用。本文以钙黄素进行细胞染色为例验证了这种方法的可能性。最后,本文重点介绍了一种新型具有阵列微喷口的微流控开放体系,用于进行药物释放作用的研究。这种系统由在一个大表面上的微流通道和一组实现局部给药的微小喷嘴组成。由此,细胞染色和药物诱导细胞凋亡可以在此系统中得以实现并发现在喷嘴附近的细胞有更为快速的反应。在此基础上,用PDMS制作的阀门部件也可以装置在液体入口处实现从喷嘴扩散出的物质的精确控制。此外,作为该芯片的一项应用,将心肌细胞培养在这个开放的系统中通过微喷嘴扩散的药物观察到了细胞跳动频率的变化。以上所有的生物实验表明,在扩散为基础的开放体系可以和实验室的常规平台集成,是微流控芯片技术的进一步的重要应用,具有较大的应用前景。