微流体芯片是芯片实验室(Lab on a chip)技术的一个重要分支。经过数十年的发展,微流体芯片已经发展成一种具备集成化、高通量、低成本的综合研究平台。微流体芯片的应用领域,横跨物理、生物、医药分析、微机电系统(MEMS)等领域,具有广阔的应用前景。微流体芯片的设计与制备,一直以来是微流体技术跨领域应用的研究要点。由于微流体的尺度问题,导致诸如毛细效应、扩散效应等问题;同时由于MEMS加工技术的限制,对于微流道的设计和加工的研究也比较单一,目前对于微流体通道的设计和制作,都是基于流体的二维方向。研究微流体芯片的设计和制备工艺,提出创新、高效的微流体设计方案,对微流体技术在各个领域的应用都起到促进作用。本文对微流道的数种平面结构设计方案进行了对比研究,并在此基础上,采用三维非平面结构设计的方法优化芯片结构,得到一种制作效率高、综合成本低、生产过程稳定的PDMS非平面芯片,并成功用于复乳液液滴的制备。同时,本文研究了微流体芯片的制作方法,针对非平面芯片制备时键合困难的问题,提出改良方案。针对常规微流体装置制作复杂的问题,本文设计了两种不依赖于超洁净环境和专门设备的微流体装置。本文介绍了此两种装置的制备方法,并通过实验验证了装置的可行性。最后,本文使用非平面芯片进行了复乳液液滴和微气泡的制备实验。实验证明了非平面芯片的实用性以及对复乳液液滴形态控制的可靠性。使用非平面芯片制备的复乳液微气泡,其尺寸变异系数小于1.5%,具有良好的形态学特性。通过生物体内超声造影实验,初步验证了复乳液微气泡用于超声造影诊断技术的可行性。