体外细胞培养的核心技术问题是模拟体内微环境，使细胞测试结果真实反映体内状态。传统二维细胞培养技术在微环境模拟、测试通量以及操作自动化等方面均难以满足临床需求。本论文以微流控芯片为基础构建芯片三维细胞培养平台，以建立细胞间的联系，模拟体内组织特征。此外，为了进一步符合仿生特点，微环境中细胞-间质相互作用及流体运输方式的模拟也是需要考虑的问题。该工作为微流控芯片技术用于药物筛选等后续工作打下了良好的基础并进行了有益的尝试。　　研究工作之一：发展了一种聚二甲基硅氧烷-纸复合材料微流控芯片用于三维细胞培养，内容包括：设计并制作了一种封装有硝酸纤维素薄膜的微流控芯片，薄膜用明胶处理后作为细胞培养基底。利用表面张力原理在薄膜表面形成水凝胶液滴作为三维细胞培养器。结合微通道主动灌流与水凝胶中的被动扩散，模拟体内的流体运输形式以实现细胞与外界物质交换；利用聚二甲基硅氧烷-纸复合材料微流控芯片灌流培养肝癌HepG2细胞。实验考察了芯片上细胞的生存及代谢情况，并观察细胞三维结构的形成。研究结果表明薄膜上的液滴形成以及固化方法简便可靠。借助水凝胶液滴的生成，可实现细胞的定位种植。连续监测显示肝癌HepG2细胞在纸片上的水凝胶微球中可以生存和增殖，并形成类似组织的三维结构。细胞增殖动力学分析以及生化检测结果也显示芯片三维培养肝癌细胞更接近体内肿瘤组织情况。这种芯片3D细胞培养方法操作简便可靠，仿真度高，适合于肿瘤细胞研究。　　研究工作之二：发展了一种用于细胞水平抗肿瘤药物测试的微流控芯片3D细胞微阵列。该芯片采用包含聚二甲基硅氧烷和聚碳酸酯的多层复合结构。利用聚碳酸酯薄膜与基质材料聚二甲基硅氧烷表面性质差异形成水凝胶液滴阵列进行三维细胞培养，模拟肿瘤实质；利用具有通透性的聚碳酸酯薄膜以及水凝胶支持和营养细胞，模拟肿瘤间质。结合主动灌流与被动扩散，模拟体内组织的物质交换形式。结合芯片材料和结构的特性，构建包括细胞-细胞以及细胞-间质相互作用的微环境。上述芯片允许在类似体内的环境中进行细胞-药物相互作用。芯片系统集成了细胞接种、梯度浓度发生、灌流培养、药物刺激和检测等功能，并且可以平行对4组细胞进行4个药物浓度的测试。以乳腺癌（MCF-7）细胞为模型体系，考察芯片系统的基本性能，指导优化并有望最终实现简便高效的体外细胞-药物反应测试，发展出一种具有仿真性强，测试通量高，成本低和自动化程度高等优势的抗肿瘤药物体外测试平台。