恶性肿瘤严重威胁了人类的生命健康,其发病率和死亡率非常高,因此,肿瘤的早期诊断对于癌症的预防和治疗是至关重要的。然而,目前常规的诊断方法的灵敏性和特异性很低,在肿瘤发生的早期很难检测到,检测到时已经处于癌症晚期,错过了最佳治疗时期。循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells, CTCs)是从原发肿瘤组织上脱离下来进入到肿瘤患者外周血中的肿瘤细胞,对于肿瘤的早期诊断和治疗评估有很重要的临床研究价值。然而患者外周血中CTCs的含量极其稀少,在对CTCs进行检测之前需要预先对其进行富集分选。近年来兴起的纳米技术和微流控技术因其在微纳米尺度范围的可控性,被逐渐发展成为比较成熟的CTCs检测手段。纳米材料由于其独特性能,已被广泛应用在光学、电化学和生物医学等研究领域中。例如在生物医学领域,纳米材料由于其良好的生物相容性,而被应用在生物标记、药物递送和生物传感器的制备当中。随着纳米材料的合成方法和表征技术的不断发展,研究者们制备出了各种形貌、各种尺寸和各种性能的纳米材料。纳米材料因其表面富含各种官能团可被嫁接上各种具有特异性识别能力的生物分子,以及纳米结构所固有的特异性,而被越来越多地应用在CTCs的捕获与鉴定当中。微流控芯片技术由于其检测通量高、样品消耗少、灵敏度高、可集成化和可便携化等优势在很多领域得到广泛应用。微流控芯片的微沟道尺寸与细胞尺寸相匹配,能实现多个甚至单个细胞的分选和分析工作。本论文首先概括性地展示了CTCs相关领域的研究进展,针对目前CTCs的富集所遇到的问题,利用功能化纳米材料和微流控芯片技术的上述优势,我们开展了对于CTCs的捕获与检测的研究工作。主要研究工作如下：1.通过自组装合成制备了MnO2纳米颗粒薄膜,将这种可透可见光的薄膜基底应用在肿瘤细胞的静态捕获和释放当中。通过表面化学键合,基底上嫁接上了上皮细胞粘附因子抗体(epithelial cell adhesion molecule antibody, anti-EpCAM)通过设定对照组实验,研究了经anti-EpCAM抗体修饰的薄膜基底对肿瘤细胞的捕获具有特异性;研究了经抗体修饰的薄膜基底对肿瘤细胞的回收效率(从DMEM和人造病人血中),以及研究了孵育时间对回收效率的影响；研究了不同的草酸浓度对肿瘤细胞释放效率和细胞活性的影响;将释放下来的细胞进行培养,研究了不同细胞的抗酸能力和分化能力。2.我们使用表面包裹了明胶纳米颗粒的Si02微球(SiO2@Ge1MBs),联合可进行尺寸分选工作的微流控芯片,开展了癌症患者外周血中CTCs的捕获与纯化的研究工作。研究了SiO2@Gel微球表面通过嫁接上anti-EpCAM抗体对肿瘤细胞捕获的特异性；研究了经抗体修饰的SiO2@Gel微球对肿瘤细胞的回收效率(从裂红的血样和全血中),以及研究了所使用微球的量对肿瘤细胞回收效率的影响；50μm尺寸的SiO2@Gel微球在血样中捕获住肿瘤细胞后(cell-bead,尺寸>50gm),通入芯片(过滤结构尺寸为30μm)内,研究了不同芯片尺寸参数以及不同流速对cell-beads的纯化效率的影响；研究了基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinases-9,MMP-9)的浓度对肿瘤细胞释放效率和细胞活性的影响；使用最优化实验条件进一步研究了实验平台在临床癌症患者外周血中CTCs的捕获与鉴定的工作。3.我们在包裹了明胶纳米颗粒的SiO2微球(SiO2@Ge1M Bs)表面嫁接上了两种细胞捕获剂(anti-EpCAM和anti-CD 146),加强了CTCs的捕获效率(90%),利用微球比较高的密度(1.2g/mL)优势,使用一种经过优化的细胞分离液(Percoll,1.15g/mL),高纯度地(95%)将CTC-beads从周围血细胞中分选出来,使用MMP-9酶降解明胶纳米颗粒,CTCs从SiO2@Gel微球表面脱离下来,并且保持很高的细胞活性(92%)。在这个工作过程中,我们研究了双抗对肿瘤细胞捕获效率的影响,验证了肿瘤细胞表面相应的两种抗原(EpCAM和CD146)的表达；我们研究了不同密度的Percoll溶液对CTC-beads分选纯度的影响；在最优化条件下,我们对比研究了双抗的使用相比单独抗体对病人血中CTCs捕获的影响。