从基因层面展开，细胞内生物节律的调节机制已经得到了广泛的研究。细胞内存在四种生物节律调控的决定性基因：Per 基因，Cry 基因, Clock 基因和 Bmal1 基因。其中 Clock 基因的表达物 CLK 蛋白和 Bmal1 基因的表达物 BML1 蛋白形成的复合体 CKL/BML1 能够提高 PER 蛋白和 CRY 蛋白在细胞内的产量，而 Per 基因的表达物 PER 蛋白和 Cry 基因的表达物 CRY 蛋白形成的复合体 PER/CRY 又反过来限制其蛋白（PER 蛋白和 CRY 蛋白）在细胞内的积累。图 1 展示了参与节律调控的四种关键基因的作用通路。这四种基因表达的负反馈回路形成一个以 24 小时为周期的 PER 蛋白和 CRY 蛋白的浓度震荡，即细胞的生物节律。

单细胞生物节律的基因调控机制已经得到了充分的研究。但多细胞生物的节律调节需要细胞间的相互协作。多细胞生物的细胞各自拥有内源的 24 小时节律调节通路，但如果细胞之间的节律不能同步化，将造成整体节律的失衡。在哺乳动物的大脑内，各生物节律相关的神经元表面存在有多种神经递质受体，并且通过对应神经递质相互关联，从而形成稳定的生物节律。经过研究发现，VIP 是生物节律调节系统中重要的神经递质之一，通过使用外源VIP刺激大脑生物钟控制区域能对生物节律产生显著影响。目前认为 VIP 可以结合其细胞表面受体VPAC2，触发下游信号通路，促进生物节律基因（Per，Cry 基因）的表达，使细胞间的生物节律产生同步化。但 VIP 本身是否足够可以使神经元和单细胞之间的生物钟产生稳定的耦合还没有定论。

目前对哺乳动物单细胞生物钟的研究还是采用比较传统的培养皿培养细胞的方法。单细胞通过分子生物学的技术，将一段荧光素酶的基因融合到生物钟基因 Per 或者 Cry 基因中去，利用其产物荧光素酶与培养基中的荧光素结合产生的自发光作为探测信号，反映 PER 蛋白或者 CRY 蛋白在细胞内的表达量，以此来观测单细胞的生物节律。培养皿培养细胞的方法，只需要将细胞封闭在装有适量培养液的培养皿中，就可以进行观测实验。问题是此方法不能进行周期性的外界药物刺激，因为频繁的换药加药会给细胞的培养环境带来大的变化，从而影响细胞的生长状态和观测结果。如果操作不够小心，还会带入生物污染。因此，为了更好的进行单细胞的生物钟研究，必须采用新的方法。

微流控技术是最近兴起的新技术，其利用光刻技术的优势，可以在一个硬币大小的面积里，制作出具有复杂功能的微流控芯片，可以在微小的体积内进行微量基因样品的准备，少量细胞的培养，蛋白晶体的生成等等。微流控技术另一个优势是可以进行自控化的流体控制，例如微流控芯片中液体流量的控制，液体流动开关的控制等等。这样就可以避免人工的介入，保证芯片内环境在整个实验过程中的一致性。因此微流控技术可以为单细胞生物钟的研究带来技术革新，也是我们将微流控技术应用于细胞生物钟研究的出发点。