细胞体外培养是研究细胞生理特征的重要手段,而传统的细胞体外培养技术无法重构在体细胞生活的真实微环境,因此,构建细胞生活的近体三维动态微环境是急需解决的问题。植物叶脉具有高效的物料运输功能,其多边形叶脉网眼结构与多条运输通道相连的特点,为细胞培养微器件微通道的设计提供了思路。细胞外基质在体内是一种分层的网状结构,对细胞起到支持、连结和保护作用,是细胞生长时重要的依附空间,这为细胞在三维支架上的生长提供了可靠依据。本文设计和制作了一种能够实现细胞三维动态培养的微器件,并开展了以下的研究:(1)细胞培养微器件的结构设计。基于植物叶脉网眼结构上的运输通道“多入多出”的特点,设计了一种由细胞进样层、中间连接层和三维培养层三层结构组成的细胞培养微器件,基于细胞外基质网架结构特征,在培养池内集成了三维支架。其中三维培养层是微器件的主要结构,包括培养液的入口和出口、实现培养液“多入多出”的微通道、多边形培养池以及集成在培养池内提供三维微环境的三维支架等主要结构。对各细胞培养微器件内流体进行有限元分析,从而选择稳定性和均一性均为优良的微器件结构。(2)细胞培养微器件的制作。研究了静电直写PCL三维支架时,工作电压、基板移动速度、打印针头直径、打印头高度、供液速度和溶液浓度等参数对支架纤维直径的影响。对不同打印层数下三维支架的真实高度进行测量,绘制三维支架高度变化曲线图,为三维支架在细胞培养微器件内的集成提供合理参数。利用软刻蚀技术、模塑法等制作细胞培养微器件的三层PDMS微通道结构,选择合适的打印参数在细胞培养微器件的培养池内打印三维支架。打印过程中,观察和研究了三维支架在微器件表面成型时存在的问题,采用掩膜技术和生物芯片激光切割技术,实现了三维支架在微器件培养池内有序可控的集成,并通过等离子键合技术完成细胞培养微器件三层结构的封合。(3)细胞培养微器件的可行性验证。设置不同的入口供液速度,利用荧光测速法在细胞培养微器件内进行流体测速实验,并与仿真结果作对比分析。以Hela细胞为实验对象,分别在该细胞培养微器件内和培养皿中开展细胞实验,观察细胞生长的状况。结果显示,设计的细胞三维动态培养微器件内细胞对空间利用率较大,且成活率更高(90%以上),因此,该细胞三维动态培养微器件具有可行性。