近年来作为微全分析系统关键部件的微流芯片及其制备技术越来越完善。多种新材料与新技术的应用使微流芯片的制备从简单微流通道结构向更加复杂的微流通道网络和各种光电器件集成化方向发展。到目前为止,受加工方法的限制,各种三维复杂结构的玻璃微流芯片仍较难实现。本文中,作者提出了使用水辅助飞秒激光直写技术在玻璃材料中制备三维微流芯片的全新方法。同时,给出了飞秒激光与水相互作用刻蚀玻璃材料的机理解释,在玻璃材料内部制备出多种二维和三维微流芯片,并将制备的微流芯片应用于细胞分选。具体工作如下:　　采用水辅助飞秒激光直写技术制备了三维玻璃微流芯片。该方法可在玻璃材料内部直接制备出具有复杂三维空间网络微流通道结构的玻璃微流芯片。客服了现有机械加工和光刻技术无法直接在玻璃样品内部制备微流通道的难点,同时解决了现有三维微流芯片中通道长度短、三维结构简单的问题。与传统的飞秒激光直写辅以氢氟酸腐蚀制备三维微流芯片方法相比,制备的微流通道直径均匀、边缘规则、空间结构和连接方式更加复杂多样。在水辅助飞秒激光直写微流通道过程中,飞秒激光诱导产生的气泡会使通道内外部的液体形成对流,实现微流通道的自清洗,随微流通道长度增加这种自清洗效应会逐渐减弱,最终使制备的微流通道长度达到极限。如何有效的排出微流通道内部的粉末是水辅助飞秒激光直写技术的一个难点,因此,本文通过研究微流通道的自清洗机制,提出了一种有效的微流通道清洗方法,不仅实现了长微流通道的制备,而且实现了在玻璃内部制备长螺旋微流通道阵列和多层三维微流芯片。　　研究了飞秒激光能量、扫描速度、扫描单元进给量对制备微流通道的影响。为提高微流通道内表面的光滑程度,研究了玻璃微流芯片的退火工艺。在退火过程中,随温度的升高使微流通道内表面玻璃材料首先发生软化并在表面张力的作用下发生流动,使内表面变得平滑,并且在高温的作用下,玻璃材料不断的向周围膨胀使微流通道直径不断减小。通过对玻璃微流芯片退火温度的调节可以控制微流通道直径的大小。　　研究了飞秒激光诱导水击穿对玻璃材料进行刻蚀的机理。飞秒激光聚焦到水中,当脉冲能量密度达到诱导水光学击穿阈值时,会产生声、光、热等一系列复杂的物理现象。研究了飞秒激光诱导光学水击穿时,水下冲击波和高速射流的产生,并解释了冲击波和高速射流对玻璃材料进行刻蚀的机理。研究了不同飞秒激光脉冲能量下,使用水辅助飞秒激光直写技术制备的微流通道截面形状、中心和直径尺寸的变化。提出了飞秒激光诱导水击穿产生的冲击波和高速射流对玻璃材料的各向同性刻蚀模型。解释了随飞秒激光脉冲能量的增加诱导产生的微流通道中心上移的现象,并给出了半径随飞秒激光能量增大而增大的线性变化关系。　　采用飞秒激光直写和化学腐蚀的方法在玻璃内部制备出了长螺旋微流通道。由于螺旋形微流通道具有高度复杂的空间结构,受制备方法的限制螺旋微流通道的实现一直是微流芯片制备领域内的一个难题。本文采用飞秒激光直写技术在玻璃材料内部直写螺旋微流通道图形,然后使用5％的氢氟酸和高功率超声清洗的方法对玻璃样品进行腐蚀,制备出了长3mm的螺旋微流通道。在氢氟酸腐蚀作用下,制备的螺旋微流通道内表面较粗糙,本文采用退火的方法,有效提高了微流通道内表面的光滑程度。退火后螺旋微流通道中间区域直径为80μm,开口端直径约为110μm。　　研究了微流芯片在细胞分选上的应用,并使用飞秒光镊技术成功实现了细胞的分选。设计了一种具有细胞分选和收集功能的微流芯片结构,并使用水辅助飞秒激光直写法在玻璃内制备了细胞分选微流芯片。为使用飞秒光镊实现细胞分选,本文提出了一种高效的微流芯片预处理方法,以降低微流通道内表面的粗糙度。由于红外波长的激光对生物组织的损伤极小而被广泛应用于生物学实验,所以本文采用波长为800nm,频率为76MHz的飞秒激光种子光作为光镊,在微流芯片内部实现细胞的捕获和操作。最后使用光镊将捕获的细胞通过连接细胞分选室和收集室的微流通道,移动到细胞收集室中并释放,成功实现了细胞分选。