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惯性微流控技术作为近年来新出现的微操控手段，突破微流控中流动低雷诺数的传统观点，借助微流体惯性效应实现微粒的高效聚焦及分选等操控功能。因其所需器件结构简单、无需借助耗能外场及连续流态极高通量等独特优势，而被认为是新型微型化即时检验仪器的理想候选样品预处理模块。本文以此需求为牵引，针对具有粒子复杂迁移特性的螺旋流道惯性微流控器件研制所涉及的设计、制备和惯性流表征，以及粒子迁移机理和器件功能拓展应用等关键技术展开系统的研究，取得下列创新性研究成果: (1)在器件的设计、制备和惯性流表征方面:针对目前研究缺乏完整器件设计体系的不足，提炼螺旋流道器件设计准则，实现器件功能的总体设计及流道结构和各辅助单元的具体设计，最终成品器件总体尺寸小于2cm2;同时，为缩减原型器件的加工成本和开发周期，采用无掩模光刻和微模塑技术探索适用于高质量、大尺寸螺旋流道惯性微流控器件快速、低成本制备的工艺路线。最后，针对高速惯性流中粒子运动量化表征困难的问题，基于普通倒置显微镜搭建集样品耐压引入的粒子运动表征平台，并采用荧光观测和图像处理的方法，实现粒子迁移特性的量化统计学分析。 (2)在粒子聚焦特性的器件关键参数调控效用方面:一方面，深入研究器件唯一可控操作参数-样品驱动流速对粒子聚焦的调控机理。首先，通过量化分析粒子横向聚焦位置及聚焦率随流速的变化规律，发现了可恢复式聚焦不稳定的新现象，得到了聚焦位置随流速的完整版偏移规律，解决了先前研究因流速区段不同而导致的结论分歧;另外，通过双元混合粒子聚焦实验，发现了不同尺寸粒子平衡位置交换的新现象，更正了报道研究认为多尺寸粒子聚焦相对位置固定不变的观念性结论;最后，发展用于阐述粒子聚焦流速调控机制的五阶段模型，成功解释上述发现新现象及规律，提升对于粒子受力竞争机制的理解。另一方面，系统表征前述研究未涉及的粒子沿流道聚焦特性，提出新型二阶段模型用于描述粒子沿流道的动态聚焦过程;并通过定量分析聚焦迁移距离对粒子聚焦位置、聚焦率及聚焦稳定性的影响效用，得出实现粒子聚焦所需最短聚焦迁移距离与流速间的尺度关系式;最后，研究混合粒子沿流道的聚焦和分离特性，绘制了粒子在不同流速及流道长度处分离度状态图谱，解释了混合粒子共聚焦链沿流道的形成机制。 (3)在跨尺度粒子的迁移模式方面:突破先前研究仅关注聚焦粒子的局限，研究跨尺度粒子在低深宽比螺旋流道中的迁移行为，发现不同尺寸因子粒子呈现三种迁移模式，即非聚焦、粗聚焦和聚焦模式，且可通过调整流道截面特征尺寸实现特定尺寸粒子在三种迁移模式间的灵活转换。具体研究三种模式下粒子迁移行为，发现非聚焦模式粒子的迁移行为将被随机布朗运动所主导而始终充斥整个流道，但在高流速时呈一定的流道中心富集效用;而粗聚焦模式粒子将被拽入有效Dean涡中往复循环而形成宽粒子条带，且该宽粒子带的特性由截面Dean涡的形貌和分布所决定;聚焦模式粒子则将在惯性升力和Dean拽力的耦合作用下聚焦至靠近流道内壁面沿高度方向的两个平衡位置，在前述粒子聚焦机理研究基础上，进一步分析多元粒子体系的聚焦动力学行为。最后，采用跨尺度的多分散生物粒子验证了上述多迁移模式理论的有效性。 (4)在器件功能的拓展应用方面:依托前述探索的粒子迁移机理，开展器件的新型功能拓展应用研究，验证制备器件及探索机理在复杂特性生物粒子操控方面的适用性及差异性。首先，研究易变形胃癌细胞在螺旋流道中的排列输运特性，发现形变诱导升力将减缓胃癌细胞的内壁面向迁移速率;基于流速大于200μl/min时胃癌细胞将聚焦至内半流道区域的实验事实，实现了活性癌细胞的柔性浓缩应用，克服金标准高速离心技术无法实现极低浓度细胞浓缩的瓶颈问题。同时，依托小尺寸碎片呈非聚焦模式而主体目标粒子迁移形成位于内半流道区域的粒子带（呈聚焦和粗聚焦模式）的原理，在700μl/min的极高通量下实现葡聚糖生物粒子体系中70％以上杂质的去除，为微尺度样品提纯提供了新途径。最后，研究极低浓度血细胞悬浮液在螺旋流道中的迁移特性，实现了血细胞的完美单列聚焦，且发现饼状红细胞聚焦态的截面高度依赖性;进一步测试稀释度对血细胞聚焦效果的影响，最终在700μl/min的剪切安全流速通量及20倍稀释工况下实现了～100％纯度血浆的提取，血浆产率达～38.5％，与目前最新微流控血浆提取技术相比，本技术在综合性能上占独特优势。