在生命科学和生物医学领域，开展细胞多尺度水平上的研究已经成为相关领域的前沿热点方向。研究细胞与环境以及细胞与细胞之间的相互作用，形成类人体生理环境的多细胞复杂组织连接体，阐明细胞受到外界环境的调控机制，有助于认识细胞的生命机理;有助于人们探究疾病的成因和理解疫病的本质，找到有效的预防和治疗手段。微纳操控与组装技术能够在微/纳米尺度上对细胞进行操作，将细胞排列、组装成特定的构型，该技术获得广泛的关注和研究。将微纳操控与组装技术与生物医学相结合，开展细胞水平的捕获、分离等精确操作，实现细胞多维组装并构建调节细胞生长的胞外环境。这对新药研发、生物传感器及离体神经网络接口等方面的具有重要意义，在生物医学和临床医学等方面有着极为广泛的应用潜力。因此，在本文中作者提出了一种基于光诱导数字掩模的细胞操作与多维组装方法，在体外可控的构建细胞的胞外环境，按照人的意愿实现细胞的精确操控和多维组装，通过调节胞外的环境来研究细胞的行为学和获取细胞的多维信息，从而建立多维细胞分析体系，实现多维细胞信息获取，为研究特定组织内细胞生理学和病理生理学行为提供全新的技术手段，为揭示相关疾病的发病机制提供新的视角，并为个性化药物筛选和生物传感研究提供新的途径。　　本文开展基于光诱导数字掩模的细胞操作与多维组装方法的研究，旨在构建基于细胞多维信息的分析和研究体系，为多维细胞操作与组装的体外实现提供一种新的方法和解决思路。为了达到这个目标，本文开展了以下几个方面的研究工作:　　1)基于数字微镜阵列的紫外光诱导水凝胶制造方法。用于胞外环境构建的水凝胶制造系统是细胞多维信息获取与分析的关键，作者首先对紫外光引发自由基聚合反应进行相应的建模与仿真分析，从理论上分析了各种物质浓度及因素对于反应过程以及水凝胶制造结果的影响，阐明了光引发水凝胶微结构的制造机制。其次，构建了基于数字微镜阵列的紫外光诱导水凝胶加工系统，对搭建系统的光路进行了相应的仿真分析和优化处理，实现水凝胶个性化定制加工。使用本套系统加工水凝胶微结构可以在短短几秒钟内实现，展现出了效率高、灵活度高和重复性好的特点。最后，对水凝胶微结构的制造特性进行了研究，从实验上验证了各个参数对于所制造水凝胶结构机械特性的影响。　　2)细胞一维、二维图形化及细胞行为学的研究。在基于数字微镜阵列的紫外光诱导水凝胶制造系统的基础之上，作者通过制作水凝胶微结构来构建细胞的胞外环境，实现细胞的一维、二维图形化，并研究图形化对于细胞行为学的调控，其中包括以下几个方面:通过水凝胶微结构来调控细胞的形貌和机械特性，利用水凝胶微结构具有天然的生物惰性将细胞限制在特定环境中，来研究不同细胞的增殖特性。为了模拟癌细胞在人体血管内的迁移情况，利用水凝胶制造蜂窝状的沟道结构来研究不同细胞的迁移特性。为了解决细胞在PEGDA水凝胶表面不粘附的特性，作者通过在水凝胶中添加聚苯乙烯小球来改变水凝胶薄膜的表面粗糙度和机械特性，从而调控细胞对水凝胶薄膜的粘附特性。　　3)基于微坑阵列的三维细胞球状体模型建立及药物筛选。细胞是人体的基本组成单元，也是药物作用的主要对象，对于细胞的研究能够给细胞行为学和药物筛选带来极大的帮助。作者通过构建不同尺度和形状的微坑阵列，来实现对于三维球状体模型的构建，并进行了三维细胞球状体的分析和信息获取。此外，细胞球状体作为一种体外三维模型展现出了良好的耐药性，为了更加真实的模拟人体的环境，作者通过将光诱导水凝胶技术与微流控技术相结合，制作复合异质型细胞球状体，并进行了组合药物筛选。　　4)微组织结构的高通量制造和三维模块化组装。面对药物筛选对人体微组织环境的需求，作者通过将微流控技术、光诱导水凝胶制造技术和光诱导介电泳技术进行有机的集成，提出了微小组织的在线制造和机器人同步装配策略(Organ Real-time Assembly on Chip)，通过此方法能够根据需求在线制造不同种类的三维细胞微组织，并能同时采用微纳机器人技术进行在线组装，进而形成类人体生理环境的多细胞复杂组织连接体，为类人体生理环境的体外模拟提供了可行的解决方案。此外，整个过程采用机器人自动化方法实现，因而具备良好的可重复性和稳定性，从而保证了类人体生理构建的一致性，为未来组织再生和个性化药物筛选奠定了基础。