肿瘤转移是癌症患者死亡的主要原因,而从实体瘤脱落、进入外周血循环系统的循环肿瘤细胞(CTCs)则是肿瘤出现复发和远端转移的重要因素。因此,检测富含肿瘤转移相关信息的CTCs对肿瘤的早期诊断、预后评估和个体化治疗具有非常重要意义。然而,每毫升血液中CTCs含量极少(数量级分别高达109、106的红细胞和白细胞中存在几个到几百个CTCs),且存在异质性,亟需发展高效、灵敏的方法用于CTCs检测。目前,基于CTCs不同于正常血细胞的物理学性质如尺寸、密度、电荷、变形性和生物学性质如细胞表面蛋白标志物,研究者们已发展各种各样的技术和装置富集分离CTCs。其中,纳米结构基质介导的亲和性分选技术因特异性高、灵敏高而被广泛应用。然而,制备微纳米结构基质的方法如光刻、电纺、刻蚀、气相沉积和层层组装往往需要昂贵的设备、复杂的技术和熟练而又精湛的操作。此外,仅简单地采用免疫荧光染色或荧光原位杂交对捕获的CTCs鉴别、计数,不足以提供更多肿瘤转移和临床相关信息,需要发展集捕获与释放为一体的体系检测CTCs。目前已发展的CTCs释放方法有酶解、光致化学键断裂、电化学脱吸附、温敏材料相变、化学试剂诱导的基质溶解法释放和配体竞争反应等。但大多数方法存在一定的局限性如潜在损伤细胞的酶、涉及细胞毒性的化学试剂、危险的紫外线和苛刻的实验操作条件等,较少体系能够顺利地进行后续CTCs分子水平分析和培养,因此,仍需发展高性能检测体系用于循环肿瘤细胞的捕获、释放和分析。针对以上现状和挑战,本论文立足于发展简单、易制备的高性能纳米结构基质,用于CTCs高效捕获、温和释放和分析。工作内容如下:(1)基于两亲性聚合物对油溶性粒子表面改性的原理,采用超声促进十六胺修饰磁性纳米颗粒、三辛基氧化膦修饰量子点和(2-羟基-3-十二烷氧基)丙基羧甲基壳聚糖之间疏水作用,一步自组装法制备粒径小、磁响应快和生物相容性好的水溶性荧光磁性纳米珠。纳米珠表面的羧基基团便于连接生物分子,人表皮生长因子功能化的荧光磁性纳米珠对Hela细胞的捕获效率达到92%,且经磁分选的细胞可进行再培养。(2)采用低温水热法制备一种新型的透光、可牺牲分形结构磷酸锌纳米基底,并在其表面修饰抗上皮细胞黏附分子抗体。得益于CTCs与基底匹配的拓扑结构作用和高亲和力抗原-抗体作用,抗体功能化的分形结构基底对MCF-7细胞的捕获效率可达90%。另外,采用生物相容性好的柠檬酸钠可在室温下溶解基底,温和释放细胞,释放后细胞的活力达到92%。而且,该体系成功用于病人血液中CTCs的捕获与释放,且实现了 CTCs基因组甲基化水平分析。(3)为构建高性能集成化CTCs检测平台,采用光刻技术和稀盐酸刻蚀法,将分形结构磷酸锌纳米基底整合于鱼骨型微流控芯片中。芯片中鱼骨型微结构混合器、匹配的拓扑结构和更多的结合位点,极大地增强细胞-基质间作用。通过在基底修饰高亲和力的适配体,使得该芯片能够特异、高效地捕获目标肿瘤细胞。此外,适配体修饰赋予芯片优良的DNA响应特性,通过toehold介导的链交换,可将所捕获细胞温和地释放。进一步对结合于肿瘤细胞表面的适配体序列进行PCR扩增,实现了肿瘤细胞表面适配体对应标志物的检测。