二維細胞培養，通常指在芯片微型腔體內進行的細胞生長。芯片內的細胞培養便于開展大量微環境下細胞的長期監測與分析研究，擴大微流控芯片在生物學領域的應用。從細胞生長環境而言，微流控芯片細胞培養主要分為零液流培養模式和連續流培養模式。零液流培養多在相對封閉的微型腔體(如“Ω”型或“凸”型微腔)內進行細胞生長增殖，且一般以分子擴散形式提供細胞生長所需養分；而連續流培養則是將細胞接種于連續流體環境下，再以較低流速液流直接供給養分，維持細胞的活性和實現細胞生長。目前已實現微流控芯片內多種細胞的生長與增殖。研究員制備了一種高通量、低剪切力細胞培養芯片，并進行了不同種類細胞(包括人神經膠質瘤SY5Y 細胞、Hela 細胞、NIH 3T3 成纖維細胞和原代牛上皮細胞)的培養研究。該芯片主要由“C”字形培養腔陣列組成，通過液流控制調節腔內液流剪切力至0.01 Pa，接近于體內組織條件。該芯片設計實現了細胞的均一接種、低流速和低剪切力培養環境。對于非粘附性細胞，研究員制備的一種含有多組三角形微腔的零流速細胞靜態培養芯片，能夠實現酵母菌的長期培養與監測。此外，基于微流控芯片的細胞傳代培養也已基本實現。此外，在微流控芯片培養腔內實現了BALB/3T3 成纖維細胞連續5 代的培養，該芯片主要依托培養腔內獨特的物理結構進行細胞的連續滯留實現代。同時，針對芯片內細胞培養,芯片材料的表面改性研究也得到關注,如多糖修飾聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)表面用于提高細胞兼容性。