集成芯片系统（SOC）和芯片实验室（LOC）分别是信息科学与生物化学分析领域的前沿课题之一。MEMS技术的迅速发展以及跨学科研究的不断深入，使得二者有机会结合起来，形成将电路与多种物理、化学、生物信息的感知和处理功能集于一体的复杂芯片系统。本研究的目的是将CMOS电路、MEMS结构、微流体系和自组装肌肉细胞集成在一起，形成复杂的集成生物芯片系统。其中，CMOS电路用来进行信号读取、处理，并完成整个系统的控制，MEMS结构用来实现力学检测和加载，微流体系可提供生物体系培养液的选择性输送。通过这个芯片系统有望实现实时、动态地研究细胞的生理功能及胞内信号分子转导机制；它还可用于大规模、高通量药物筛选；对于实现组织工程、构造人工器官等方面也具有重要的意义。作为验证，本论文研究了基于压阻微悬臂梁的肌肉细胞自组装集成芯片系统。　　 包括MEMS微传感器件和CMOS信号处理电路的半导体芯片是整个工作的基础。在理论分析和仿真研究的基础上，提出一种适于检测肌肉细胞所施加的横向作用力的部分分叉压阻微悬臂梁结构，信号处理电路则选用常用的仪用放大器电路。单片集成了CMOS电路和压阻微悬臂梁结构的芯片加工采用Post-CMOS方法：首先在标准CMOS Foundry加工出CMOS电路，同时完成压阻掺杂区域的离子注入；之后利用类似SCREAM的工艺释放MEMS结构，压阻形状的定义也在MEMS结构释放过程中进行，不需任何额外的步骤。这种Post-CMOS的工艺方法成本低，易与标准CMOS工艺兼容，适于批量生产。更重要的是，使用这种方法压阻能自对准于部分分叉悬臂梁上设计的位置，在减小梁宽提高检测灵敏度的同时不会带来工艺上的困难。　　 在完成MEMS微结构和相应信号处理电路集成芯片的加工后，以该芯片为基础进行后续非硅工艺过程，得到最终包括微流体系和自组装肌肉细胞在内的集成芯片系统。非硅工艺过程的主要目的是在芯片上的正确位置定义肌肉细胞自组装区域，并将芯片系统内电信号传输、处理部分与流体部分隔离。在这个过程中，一种特殊的温度响应聚合物N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）被用作牺牲层填充硅片表面的沟槽和腔体。在要生长肌肉细胞自组装体系的部分形成金属电极及芯片封装完成后，把细胞培养液导入微流体系中设计的培养腔即可实现肌肉细胞的自组装生长。　　 本文对采用Post-CMOS方法加工得到的集成芯片的电学性能进行了测试。CMOS信号处理电路展现了设计的性能；当力推动微悬臂梁自由端移动时，压阻阻值则发生显著的变化。肌肉细胞自组装生长实验也在不包括集成电路的简单芯片上采用设计的方法成功进行。以上结果验证了将CMOS电路、MEMS结构、微流体系和自组装肌肉细胞集于一体形成具有多功能复杂芯片系统的可行性。