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氮化硅具有生物兼容性、结构和化学稳定性等特点，在新型纳米孔基因检测技术、活细胞的软射线成像、细胞的质量测量等诸多生物领域具有广泛的应用前景。氮化硅微桥结构中的内应力能够改变微桥结构的刚度、谐振频率、品质因子等关键的物理量，这使其具有了超灵敏检测的能力，在温度传感、微粒的光热谱分析、表面等离激元的光热效应检测、室温宏观量子光机械实验等方面都具有重要的应用。另外氮化硅微桥结构的刚度可以被其内应力调控是特性使其有望用于研究细胞外基质的刚度对细胞的生长取向的调控作用。 细胞的生长取向是指细胞在空间排列，这在胚胎发育、组织的修复生长中都起到了关键的作用。在细胞外基质、肌肉组织、血管和神经系统中可以观察到细胞明显的取向性。细胞的取向性受到了其外部微环境的拓扑结构、刚度、剪切应力等物理因素的调控。在体外模拟这些物理因素对细胞的调控作用有助于理解细胞的生长机制、体外组织工程的发展。 然而在目前的模拟细胞外基质的体外一维纤维支架的研究中，只能通过改变纤维的直径来改变纤维的结构刚度。这使得在研究纤维支架的刚度对细胞生长取向的调控中耦合了纤维的直径等拓扑结构因素对细胞的调控作用。 大长宽比的氮化硅微桥结构可以通过改变其应力值来对结构刚度进行调控，而这不需要改变微桥结构的几何尺寸。这种应力调控一维纤维基底的结构刚度的方法可以用来实现结构刚度与拓扑结构对细胞取向调控作用的解耦。 另一方面，具有应力的氮化硅微桥结构相较无应力的相同尺寸的微桥结构具有了更大的结构刚度，这大大的提高了其抵抗外部作用力的能力。这种能力使得氮化硅微桥阵列结构可以应用于高孔隙率的循环肿瘤细胞物理过滤分选中。 循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells)是游离在血液循环系统中的癌细胞。在肿瘤的转移过程中，CTCs扮演了至关重要的作用。由于CTCs在血液中的含量稀少，需要将其从正常血细胞中分选出来。常用的分选方法有生物化学分选和物理分选。生物化学法具有特异性好、捕获效率高的特点，然而该方法将导致捕获到的细胞粘附磁珠而失活。而基于物理过滤的分选无需磁珠标记，对细胞活性不会产生免疫失活影响。但细胞在高流体剪切力的作用下也面临着失去活性的问题。物理过滤的薄膜的孔隙率决定其流体的通量。如何在既保持物理过滤的高通量性，同时能保持较高的细胞活性也是一个急需解决的问题。 本文分别针对细胞生长取向和细胞分选实验，对氮化硅微桥阵列结构进行了不同的力学设计与参数优化并应用于实验中，取得了一系列的研究进展。主要的研究内容和研究成果如下: 1.本文针对细胞生长取向的氮化硅微桥结构进行了力学和结构参数设计。首先分析了氮化硅微桥结构中的内应力对其结构刚度的调控作用。大长宽比的微桥结构的应力与其结构刚度呈线性关系。沿同一根微桥结构的刚度是非均一的分布，在靠近边缘区域的刚度以及刚度梯度显著的高于中心区域。为了解决氮化硅微桥阵列结构在加工制备中容易受到液体表面张力而粘附失效的问题，本文搭建了一套基于对流冷冻升华原理的弱结构释放装置，利用该装置成功的解决了微桥阵列结构的粘附问题。 2.两种含有不同内应力（100MPa和400MPa）的氮化硅微桥阵列结构被加工出来并将小鼠成纤维细胞和成肌细胞分别接种于结构表面以研究刚度对细胞取向的调控作用。实验结果表明在相同微桥阵列结构上的不同区域（中心区域和边缘区域）的成纤维细胞面积、长轴比和取向存在显著性的差异;在不同微桥阵列结构的相同区域的成纤维细胞的面积也存在显著性的差异。成纤维细胞在更高的刚度和刚度梯度位置具有更大的细胞面积和更好的细胞取向性。成肌细胞在微桥结构的中心区域和边缘区域存在着显著的细胞取向差异性，在相同图案的微沟槽结构对比试验中，并未发现这种取向差异性。 3.建立细胞-流体-微桥结构的多相流模型来模拟细胞在分选过程中的动态形变并通过仿真进一步的优化结构参数。仿真的结果表明微桥阵列结构组成的矩形过滤孔比圆孔在细胞表面拉伸和流阻方面具有显著的优势;微桥结构的厚度越大，细胞的表面拉伸也越大;微桥结构阵列的特征尺寸越大，细胞的表面拉伸也随之减小;流体的流速越大，细胞的表面拉伸越大。根据仿真优化的设计，我们制备出流域面积为36mm2的氮化硅微桥阵列结构并将其用于CTCs分选实验。实验结果表明:氮化硅微桥阵列结构在CTCs分选实验中具有显著的通量性优势，在流速1 mL/min细胞的捕获效率达到80％。同时通过活性表征实验可知，在保持高通量的优势下细胞仍然能维持高细胞活性。这些工作在未来的CTCs临床检测中具有重要的参考价值。