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缺氧是一种全身（广义缺氧）的或者身体的一部分（组织缺氧）氧气供应不充足的生理状态。许多的生理和病理条件下都会伴随着缺氧的发生，例如高海拔作业、高强度运动、器官和组织衰老以及肿瘤发生。然而，大部分体外实验都是在大气中氧浓度（21%O2）条件下进行，氧气作为生命体维持为各项生理活动的重要原料和调节细胞功能的物质，体外实验与体内环境下氧浓度的差异会导致实验结果的偏差。而且在体内环境下，有多种的因素影响生理和病理现象。因此，为了在更接近于生理的条件下进行体外研究，需要建立有效可行的研究平台。传统的方法在体外制造低氧浓度是通过将培养液与特定氧浓度气体交换来实现的，但是这种物理方法需要很多设备的辅助，例如氧气罐和气体混合装置。用氯化钴、硫代硫酸钠等化学除氧物质也可以实现低氧，但是会伴随重金属毒性和有毒副产品的产生。近年来，微流控芯片以较好地模拟体内微环境和多功能集成等特点逐渐成为一种新兴的研究平台。利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）的透气性和外源性气体的方法、PDMS透气性和除氧物质的方法以及电化学的方法都可以分别实现芯片内氧浓度梯度的控制。但是这些方法都只能实现氧浓度梯度这一种浓度梯度。为了更真实的模拟体内微环境，在本研究中，我们设计和制备了一种利用大气中氧气和生物兼容性除氧物质Na2SO3的简便易行的方法来实现微流控芯片的氧浓度梯度，并且在此基础上利用双环形的芯片设计来实现化学浓度梯度。因此，该方法可以在一个单层的PDMS芯片上同时产生氧气和化学这两种浓度梯度。本研究实现了借助大气中的氧气源和Na2SO3形成芯片管道内氧浓度梯度，并系统的研究了液流流速、管道宽度等可控因素对氧浓度梯度的影响，同时在该芯片上定量研究了通过分流-混合方法产生的化学浓度梯度，从而构建了微流控芯片内氧气和化学双浓度梯度。随后观察了两种不同机制的抗肿瘤药物（TPZ和BLM）对两种肿瘤细胞（A549和HeLa）在双浓度梯度下的作用。氧浓度梯度的定量实验结果表明，该方法可以实现从0%-21%范围内的氧浓度梯度，并且液流流速和管道宽度等因素可以实现对氧浓度梯度的控制。双浓度梯度定量研究表明，在设计的芯片内，每个培养管道内可以形成基本一致的氧浓度梯度曲线，同时8个培养管道之间能够产生5个化学浓度梯度。随后的双浓度梯度对两种肿瘤细胞的作用实验表明，TPZ和BLM这两种抗肿瘤药物对细胞的毒性随着药物浓度的增加而增强，并且低氧加强TPZ产生的细胞毒性，从而验证了该双浓度梯度应用于肿瘤细胞研究的有效性。