癌症是严重威胁人类健康的主要疾病之一,导致癌症患者死亡的主要原因是癌症转移,其侵袭转移能力也是癌症的标志。肿瘤转移是肿瘤细胞从原发部位向远处器官转移的过程,肿瘤细胞从原发部位脱落,渗入周围组织,通过淋巴系统和血液系统向体内其他组织和器官扩散,形成转移病灶,增加患者的死亡率。而癌症转移的所有过程都与癌细胞的运动能力相关,如果能阻止癌细胞的运动就能阻止癌症的浸润和转移。也有研究提出,癌症的成功治疗在很大程度上取决于在转移过程抑制肿瘤细胞的转移能力。所以,控制肿瘤细胞的运动已经成为研究癌症的关键问题之一。迄今为止,癌症的治疗方法主要集中在预防初始转移、缩小已建立的病灶和预防有限疾病患者的附加转移,以延长癌症患者生命和提高其生活质量。在抑制肿瘤细胞转移方面,提出研究实体癌的治疗应辅以抑制癌细胞通过细胞外基质（Extracellular Matrix,ECM）侵袭并形成继发性肿瘤的药物。由于肿瘤异质性让细胞迁移能力有所差异,使得肿瘤耐药性的产生,增加了癌症治疗的困难。因此,肿瘤细胞运动的量化研究对控制肿瘤转移尤为重要。虽然传统的肿瘤二维体外研究和体内观察肿瘤细胞运动两方面都取得了重大进展,但是二维体外研究无法模拟肿瘤细胞体内实际运动的三维环境和动物体内复杂且不可控的环境等因素,限制了相关肿瘤研究的发展。所以,在体外构建肿瘤三维微环境研究细胞迁移行为得到了重视并迅速发展起来。本研究旨在开发了一种体外构建细胞运动三维环境,量化并比较细胞运动行为,根据细胞活性区分细胞亚群的方法,有助于抑制肿瘤运动的药物研发应用于临床。本研究主要工作包括以下几个方面:（1）微流控芯片体外构建细胞运动微环境:以聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）为芯片材料,结合硅刻蚀技术刻蚀芯片模板,采用二次倒模制作微流控芯片。胶原为细胞外基质主要成分,用Ⅰ型鼠尾胶原（CollagenⅠ）水凝胶模拟肿瘤细胞外基质微环境,体外构建肿瘤细胞运动的三维网络结构微环境。（2）体外比较细胞迁移侵袭能力:选用人类乳腺癌高侵袭潜能MDA-MB-231细胞系和低侵袭潜能MCF-7细胞系,结合细胞体外三维培养技术和单细胞追踪技术,获取细胞运动数据。基于细胞运动参数,例如细胞轨迹、细胞均方位移（Mean Square Displacement,MSD）、细胞运动速度、方向自相关、速度自协方差函数以及功率谱等参量。通过比较细胞运动的平均参量,分析细胞整体运动特性,快速（数小时）的比较出不同细胞的迁移侵袭能力的强弱。（3）肿瘤迁移异质性的定量分析:基于细胞速度自协方差的拟合,分析单个细胞的运动特性,发现高侵袭潜能MDA-MB-231细胞系和低侵袭潜能MCF-7细胞系中的细胞均存在两种运动模式。除此之外,还发现两种运动模式的细胞运动活性不同,由细胞运动的两种模式,将细胞划分为运动性不同的两个细胞亚群。并给出活性细胞的比例值((6（8）(The Ratio of Active Cells,(（6（8））这一相对标度,作为表征肿瘤细胞迁移异质性的一个参考指标。通过该方法可以挑选出活性不同的细胞,为抑制肿瘤细胞迁移的药物研发提供试药平台,或为分选细胞提供新思路,以促进癌症治疗的发展。