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生物体内存在多种高度有序排布的微结构,细胞、组织和器官所特有的生物功能与微结构的形貌密不可分,因此模拟人体微环境开展细胞离体培养是药物筛选和体外病理研究等的重要基础。目前,细胞离体培养主要的培养方式分为二维培养和三维培养两种。二维培养方式操作简单,但无法真实体现细胞在体内的生物学特性和功能。三维培养细胞技术是指利用细胞外基质形成的细胞生长支架,使得细胞在三维结构中迁移、生长,并分化产生一定的三维组织结构,可以很大程度地模拟细胞在体内的微环境。基于此,本论文结合国家重点实验室开放基金项目“生物功能材料微结构的三维打印技术研究”(项目编号GZKF-201513),开展了基于生物功能材料的表面微结构新型制造方法、基于表面微结构的细胞培养芯片设计及相关实验研究,实现了细胞动态培养的同时对细胞进行排布。论文研究工作将为仿生离体细胞培养芯片的结构设计提供全新的设计思路,对生物功能材料基仿生表面微结构的制造与实验研究均具有指导意义,为个性化药物筛选和体外病理研究等组织工程和医学领域提供技术支撑。第1章,阐述了本论文研究的背景与意义,综述了当前国内外在细胞培养芯片结构设计、表面微结构制造方法等相关技术的研究现状及发展趋势,提出了本论文的研究内容以及框架结构。第2章,提出了基于表面微结构的新型细胞培养芯片的设计方案,对细胞芯片的整体结构等进行了设计,基于此分析了该细胞培养芯片的工作原理,选择合适的通液流速,并进行了细胞培养芯片的流体动力学分析。第3章,提出了基于声表面波和紫外光固化相结合的表面微结构制造方法。通过分析其成形制造原理,采用Matlab对换能器不同工作状态下激发的声压场分布进行仿真分析,进而开展声表面波换能器的结构设计,并完成了叉指换能器的制造和成形系统的搭建。第4章,配制了生物功能材料,采用搭建的成形制造系统完成了表面微结构的成形制造;此外,研究了工艺参数对表面微结构成形制造的影响规律,在此基础上对生物功能材料基表面微结构在液体环境中的稳定性进行了测试。第5章,采用分层制造再集成封装的工艺流程开展了细胞培养芯片的样机制作,通过细胞培养实验研究,对比分析了不同培养方式对L929小鼠成纤维细胞的增殖效果和存活率的影响,并研究了不同微结构间距和形貌对L929细胞排布效果的影响。第6章,总结了论文的主要研究工作,并对未来的研究工作进行了展望。