在微流控体系中，构建气液界面研究一些有气体参加和液体交换的细胞生物学活动，这是微流控的重要应用之一。目前的研究表明，将气液界面引入微流控体系，已经在很多方面得到应用，如细胞培养^[32，33]，人工肺^[25，38-40]，药物分析^[41]和物质合成^[42]等领域。PDMS本身具有很好的弹性，依据此特点，结合气液界面，在芯片上进行人工肺的体外模拟已经取得了一些成果，这是气液界面在微流控领域中重要的应用之一。在微流控权威杂志“lab on a chip”上，以PDMS材料作为气液界面进行芯片人工肺气液交换，已经被证实具有很好的效果^[43]。这个交换效率和人体证实交换情况相当，而且可以通过调整薄膜的厚度调节气体通过的效率，不需要额外增加负压来提高气体交换，就可以满足实验研究和人体正常需求，这对人工肺的研究是具有重要意义的。不过，随着研究领域的不断拓展，单一的P DMS气液界面已经难以满足实验研究的需要，研究者已经在寻求具有更多更好功能特性的材料，以此作为微流控气液界面的应用材料。而现有的已经实现的能够和微流控平台结合使用的气液界面最主要的有四类：①P DMS薄膜气液界面，②三维多孔材料气液界面，③直接气液界面，④敞口式气液界面。这四种微流控芯片气液界面其结构示意图如图5.6所示。

图5.6 四种微流控芯片气液界面结构示意图

现对这四种气液界面的特点及应用做以下总结。

（1）PDMS薄膜气液界面^{[30，31，44，45]}PDMS即聚二甲基硅氧烷，是一种高分子有机硅化合物，具有良好的透气性，能够用于气体交换，以作为一些有气体参加的化学反应或生物过程的材料，不过其无法透过微米以及纳米颗粒，这限制了其使用；并且薄膜的透气性受到其自身厚度的限制，越厚则透气性越差，越薄则机械性能越差，所以没有办法通过单纯降低薄膜厚度来提高其透气性，因此这也在一定程度上限制了其使用。

（2）三维多孔材料气液界面^[46]多孔材料，可由各种碳化物、氮化物和硅化物等制成；孔直径微纳米级，具有非常高的比表面积，孔与孔之间的互通或封闭，可以起到阻隔液体通入气体的作用，以此构成稳定的气液界面；但问题在于，这种材料多是不透明的，没法很直观的进行光学分析，这为进行实时检测带来了问题；同时，怎么将这种三维多孔材料与微流控芯片的制备方法进行结合，这也是一个难题。(www.daowen.com)

（3）直接气液界面^[47]这种将气体与液体直接接触以形成气液界面的方式，多是将气体以气泡的方式通入微管道的液体中，而在这个过程中多会产生湍流现象，这会破坏原本液体的层流状态；并且这种直接通入气体的方式需要非常好的气体产生和流速等控制装置，而这是目前很多的研究中难以实现的。此外，若通入气体过猛，可能会造成液体飞溅，增加液体挥发，这些都是可能的问题。

（4）敞口式气液界面^[48]这种气液界面，气体与液体接触面积很大，具有很高的气体交换速率，而液体的挥发会很难控制。一般分为两种形式：一种虽也是与微流控芯片相结合，但敞口处尺度在毫米级或以上级别，这是一种宏观的敞口式气液界面，这种情况下多是依靠物质的相互扩散作用以实现物质交换；另一种则是在微尺度级别形成敞口式气液界面，这时则需要在气液交换处进行一些亲疏水性修饰。

在研究烟气对细胞毒性影响的问题时，上面四种气液界面很难真实的模拟肺部细胞受烟气影响的情况。烟气是一种非常复杂的混合物，其中较大的颗粒很难通过各支气管到达肺部，从而对人肺造成伤害；只有其中微米级及更小尺度的颗粒才会到达肺部，从而对其造成伤害。