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摘要传统植物学研究是将植物种子或组织细胞置于土壤、琼脂中培养，观测其生长变化。虽然其方法简单易行，但有很多弊端。首先植物种子或组织细胞在土壤或琼脂中培养很难进行定点观测、动态观测；其次也无法做到实时原位观测。微流控技术是一种集成化的微型流体处理技术，可以实现定点观测、动态观测和实时原位观测。<br>　　主要研究内容如下:<br>　　（1）为了探究物理环境对拟南芥根系生长的影响，设计了用于拟南芥根系生长的微流控芯片。通过在每个通道内设置不同间距的锯齿，模拟土壤的紧实度，并结合显微成镜技术，对拟南芥根系发育过程进行实时、原位的定量分析。<br>　　（2）为了研究一种流体即时、可控的气动微阀，设计了集合气动微阀的单细胞捕获芯片。首先基于 STM32F103ZE 微控制器设计出提供给外部动力的气动泵，然后利用 PDMS 的材质弹性特征设计出单层气动微阀。通过气动泵给气动微阀供气，研究其阀膜变化特性。<br>　　（3）为了实现单个细胞的高效捕获与实时观测，基于流体力学设计了一种环状微流控芯片，对捕获腔设计了 4 种不同尺寸（ 15μm、20μm、25μm 和30μm）的后端通道。采用 Fluent 软件对单列环状微流控芯片进行速度流场分析，研究环状捕获型芯片后端通道对于单细胞捕获的影响。通过优化芯片结构设计，进行了聚苯乙烯微球与烟草原生质体的捕获实验。单列环状微结构单细胞捕获芯片对于聚苯乙烯粒子捕获效率到达 91.7%，对于烟草原生质体的捕获率到达 70% ，优化后的多列环状微结构单细胞捕获芯片的捕获效率到达 75%。结果表明，环状微结构单细胞捕获芯片适用于大小均一的细胞。<br>　　（4）为了解决环状微流控芯片的旁路通道发生堵塞，造成捕获效率低的问题。设计了双阵列 U 型单细胞捕获芯片。该芯片的每个捕获腔只有一条旁路通道，不会由于细胞大小不一造成旁路通道堵塞。通过仿真分析，研究了双阵列U 型单细胞捕获芯片的单细胞捕获机理。实验结果表明，在该芯片中单个聚苯乙烯微粒或烟草原生质体可成功分离并捕获，且对烟草原生质体的捕获效率（83.3%）要高于环状微流控芯片，提高了捕获效率。为后续的烟草原生质体细胞壁再生、细胞分裂等研究提供了重要手段。