骨骼是人体结构的重要组成部分,对人体健康起着至关重要的作用,构建模拟骨结构和功能的生物微流控芯片将为体外药物筛选和骨相关生物学研究提供良好的平台。然而,传统的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片并不适合模拟骨的微环境。羟基磷灰石(HAp)作为一种生物活性陶瓷,具有与骨矿化产物相似的结构和组成。因此,本论文首次提出使用羟基磷灰石作为制备生物微流控芯片的材料,对陶瓷芯片基底的光固化打印参数、陶瓷微流控芯片的键合方式进行了探索,希望找到构建高度仿生骨环境的生物微流控芯片的新方法。首先,为了得到带有精细微沟槽结构的微流控芯片基底,需要对羟基磷灰石材料的光固化3D打印参数进行不断地优化。实验通过热重法(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析确定生坯样品的脱脂曲线,通过密度和压缩强度测试确定样品的最高烧结温度为1280℃。打印烧结完成的陶瓷微流控芯片基底形貌规整,尺寸精度可控,基底致密度达到了96.8%,满足微流控芯片的使用要求。细胞实验结果表明,陶瓷芯片基底无细胞毒性,比PDMS对照组更加有利于细胞黏附、增殖和成骨分化,更加接近人体骨微环境。随后,将羟基磷灰石微流控芯片基底的制备技术应用于骨相关的梯度药物筛选模型与骨血管化的细胞共培养模型的研究中。一方面,为了制备得到梯度药物筛选微流控芯片,采用PDMS预聚物作为胶粘剂,将带有圣诞树结构的陶瓷微流控芯片基底与平的PDMS盖板进行热封接键合。通过流体仿真、荧光墨水灌注和抗肿瘤药物盐酸阿霉素(DOX)浓度测定实验,对羟基磷灰石微流控芯片形成的浓度梯度进行验证。结果表明该梯度浓度稳定可控,从左到右等差递增。利用圣诞树型羟基磷灰石微流控芯片,实现了对DOX药物诱导骨肉瘤细胞(UMR-106)凋亡过程的实时监测,所测得的药物半抑制浓度值(IC50)准确且方法更加高效。另一方面,为了在芯片上开展骨血管化的研究,利用羟基磷灰石材料具有良好的生物相容性、可打印性的优势,制备得到了具有复杂中空管道结构的生物陶瓷芯片。中空陶瓷芯片仿照骨内血管的结构,内部管道直径在400μm到1 mm不等。细胞实验结果表明,人脐带静脉内皮细胞(HUVEC)在陶瓷芯片的中空管道上黏附良好,经过7天的培养,细胞在管道内壁形成了致密的血管状结构。HUVEC细胞与人成骨细胞系(h FOB)进行共培养时,促血管内皮生长因子(VEGF)的表达水平显著上调,有利于内皮细胞的增殖与血管新生。综上,本论文以构建骨相关的微流控芯片为研究目标,从仿生骨微环境的角度出发,使用生物相容性更好的羟基磷灰石取代传统的PDMS材料来制备微流控芯片,开展了基于圣诞树结构的骨相关药物筛选研究和基于细胞共培养的骨血管化研究。这些研究期望能够为制备骨相关的微流控芯片提供新的策略,为微流控芯片在骨相关药物高通量筛选和骨生物学等领域的进一步应用起到推动作用。