经过20余年的发展，对微流控技术的研究已经从微芯片平台构建和方法开发发展为其在不同领域的应用，希望从中找到一些能够解决科学现实问题的方法，从而带动产业化的发展^[4，5]。现在，微芯片的应用领域很广泛，包括生物化学分析、即时诊断（POCT）、材料筛选及合成与器官仿生等。

（1）生物化学分析 主要集中在蛋白质分析^[6]、核酸分析^[7，8]和代谢物分析^[9]等领域，随着芯片技术的发展，它的作用对象已经扩展到单分子、单细胞^[10，11]，通过对单个细胞生物学特性的变化研究，探索个体之间的差异，这对于研究生命各个过程单元有重要影响。

（2）即时诊断（POCT）广泛意义上的POCT仪器能够直接放于家庭、学校、事故灾害现场等场所，满足突发事件需要的要求。POCT发展的趋势是手持型、便携式、傻瓜式操作，特别是能够与现有电子设备相连接，进行数据读出、计算、分析等，这对于疾病的即时发现治疗有重要意义。而微流控芯片技术是POCT发展所需要的主要手段，目前已经有很多这方面的研究^[12]。

（3）材料筛选及合成 对于不同材料进行筛选，这主要集中于微流控液滴芯片^[13，14]。微液滴是一个微反应器，体积小但通量高，能够解决常规方法筛选，成本高、耗时长等缺点。(www.daowen.com)

（4）器官仿生 微芯片的微米级单元尺度使它能够用于分子、细胞、组织甚至器官研究，同时芯片的精准操作体系，使它能够同时进行高通量的检测。微流控芯片已经被公认为能够对细胞和微环境进行精准操控，是细胞研究的主流平台。器官芯片研究是继细胞芯片后又一仿生体系，希望能够在一个几平方厘米的芯片上模拟活体的行为，研究整体与局部的内在关系，从而验证及发现生物体的种种行为及状态。其中，芯片肺的开发是芯片器官研究的典型代表^[15]，如图5.1所示，使用微芯片体外模拟人体中肺泡和肺部细胞所处复杂的微环境，利用P DMS材料本身的弹性，用其作为肺部薄膜，其表面是肺上皮细胞，利用两侧孔腔的收缩与扩张，实现气体的吸入与呼出，模拟气体交换。

图5.1 微芯片模拟肺部活动^[15]

以微流控技术构建生物评估平台^[16，17]这是其重要应用之一，本部分介绍了运用微流控技术构建烟气暴露平台，以评估烟气暴露下细胞氧化应激情况。由于基于培养皿的检测系统不能很好地模拟生物所处的真实环境，动物活体实验检测又比较昂贵，而与之相比微流控生物评估平台是一个理想的替代品，经过十多年的发展，已经取得了广泛的引用，如在生物医学研究^[18]、药物发展^[19]等方面。微流控生物平台检测领域也已经涵盖了分子、细胞、组织甚至器官等方面。在芯片上进行细胞培养^[20，21]，刺激、筛选以及复原等操作都能够实现^[22]，并且芯片的筛选功能已经发展到三维领域^[23]。构建微流控生物评估平台，最重要的是气-液界面的构建，以使芯片上的气体和液体环境得到有效的控制，在下面一节会对主要的气-液界面结构作介绍。目前，绝大多数气液界面是P DMS薄膜气液界面，其允许小分子物质交换，以进行实验研究，获得了广泛的应用，如血液中氧气交换^[24，25]、细胞气体作用条件筛选^[26]。而为了研究气体中大分子及微纳级颗粒的影响，科研工作者研究了各种气液界面，如小微通道阵列结构构建用于气液之间快速交换^[27，28]，多孔薄膜材料作为气液界面^[29]。虽然这些气液界面对于研究细胞与环境相互作用有很大的帮助，但是很难将这些结构与梯度筛选系统相联结起来。在气液双重梯度筛选方面，有研究者做了前瞻性的工作。Wang等^[30]使用PDMS界面构建化学物质与氧气的双重梯度芯片，以研究氧气含量与治疗肿瘤药物浓度之间的相互关系。Chang等^[31]同样使用P DMS界面，实现了药物与氧气双重梯度下的条件筛选。虽然，两者都是使用这种只允许透过小分子物质的P DMS界面，但是这对我们的工作有很大的借鉴性。