循环肿瘤细胞(CTC)是从原发性或转移性肿瘤部位脱落并流入外周血的稀有细胞,能伴随外周血液循环,到达全身各个部位。它与癌症的转移和复发密切相关,也是肿瘤早期诊断、转移和复发的重要标志物之一。然而,CTC在血液中的数量极少,仅是正常血细胞的千分之一(即1m L血液中大约有1～100个CTC),很难满足临床对癌症的早期诊断、转移、复发以及疗效监控的需求。同时,对于CTC的遗传特征、在癌症中的转移机制和新药开发的应用等研究,迫切需要从患者血液中分离出完整且具有活性的肿瘤细胞。因此,发展准确而有效地对活性CTC进行分离、表征和计数的技术和方法极为重要。尽管已经报道了使用具有两个出口的螺旋通道分离CTC,然而这种芯片通常用于分离白细胞和一种类型的CTC,忽略了患者在癌症转移晚期血液里同时存在两种不同类型的CTC的可能性。此外,也很少有文献使用级联惯性聚焦的微流体通道来同时分离患者血液中的不同类型的CTC和血细胞。针对现有的微流控芯片主要分离一种CTC和白细胞,未对不同类型的CTC进行分离的问题,本课题中设计并研制了一种由两个螺旋通道和一个之字形通道组成的级联微流体装置,选取了不同的流体场,包括惯性升力,Dean拽力和离心力。利用所设计的芯片实现了不同浓度的、不同大小的聚苯乙烯球的分离来验证芯片的可行性,并用此芯片实现了从红细胞裂解的血液和用生理盐水稀释50倍的血液中CTC的分离。该芯片根据不同细胞的物理性质(即大小)成功分离出红细胞(RBC),白细胞(WBC)和两种不同类型的肿瘤细胞(人肺癌细胞(A549)和人乳腺癌细胞(MCF7))。红细胞裂解的血液中有80.75%的A549和73.75%的MCF-7被分离出来。此外,从出口收集的CTC仍然保持活性和形状完整性。A549和MCF-7的细胞活性分别为95%和98%。从血细胞中分离CTC的整个过程可以在20分钟内完成。本研究中引入的级联微流体装置可作为从患者血液中同时分离多种类型CTC的新型平台。