从血液和组织中特异性筛选、分离和富集单个或者少量的细胞,如低丰度干细胞的分选,循环肿瘤细胞的检测和分离,细胞库的筛选等,在当今的生物和医学研究中具有重要意义。目前普遍使用的分离细胞的方法为流式细胞术、免疫磁珠分离及梯度密度离心等方法,这些方法一般都需要样品量比较多,而且设备昂贵、操作复杂,应用受限,近些年来飞速发展的微流控技术为分离、富集稀少细胞提供了另外一种途径。微流控装置一般是在微纳米尺度进行实验,可以实现一些传统的实验方法不能获得的现象或者结果,而且所需样品量少,设备简单,易于操作,可以满足一般实验室和非专业技术人员的使用。微流控芯片技术目前在生物医学的应用中面临一个重要问题,就是在适用生物医学对芯片材料表面功能要求的同时,还要满足于大规模集成制作一次性芯片的要求。高聚物材料种类繁多,但可以满足以上两点要求的材料却不多。近年来,利用各种物理、化学方法对高聚物材料进行表面改性,使材料表面具备多种功能性和生物亲和性的研究已有大量报道。在本文中,选择了一种新型微流控芯片构建的高聚物材料——环氧树脂,其固化温度低、固化时间短、透光性好,硬度适用于微流控芯片的构建。采用一种对处理材料无严格要求,可处理形状复杂的材料的空气等离子体处理技术,对微通道表面进行处理,使其表面具有含氧基团;再进行紫外诱导的丙烯酸接枝,在材料表面引入羧基基团。在此基础上,可以在这种化学惰性的环氧树脂表面连接上特异性抗细胞表面抗体,根据抗原-抗体免疫反应,实现特异性细胞的捕获。为了实现稀少的特异性细胞的捕获和富集,本研究在微流控芯片的微通道内构建规则排列的微柱,在小尺寸的芯片内极大地增加微通道的表面积,增加特异性抗体与目的细胞的接触几率,并实现直接从血液和组织中分选、富集极少数细胞的一步化处理过程。本文制备的微流控芯片不仅制作工艺简单,不需要昂贵的设备,制作成本低,可以实现大规模的微流控芯片的生产;表面修饰方法具有普遍性,适用于大多数的高聚物材料表面的功能化改性,表面功能基团特异性高,可以共价结合蛋白、小肽、核酸等多种生物功能分子;使用免疫化学的方法进行稀少的特异性细胞的捕获,而微流控芯片内构建的微柱结构不仅极大地增加了连接有特异性功能分子的有效功能区域,而且其微柱排列方式极大地增加了细胞与微柱表面碰撞的几率,可以高效地捕获目的细胞,减少非特异性细胞的黏附,实现直接从复杂样品中分离和富集稀少细胞的一步化处理过程。全文共分四章:第一章,主要介绍了当前主要的几种微流控芯片材料及其相关制作技术、高聚物材料表面修饰方法和微流控芯片的应用三个方面。第一部分重点介绍了高聚物微流控芯片的几种制作方法,如热压法、注塑法、模塑法、LIGA、激光烧蚀技术和软刻蚀技术;又重点介绍了一类重要的制作微流控芯片的高聚物材料——SU-8光刻胶,及其相关制作技术和在微流控中的应用。第二部分介绍了几种应用广泛的修饰高聚物材料表面的方法,分别是湿化学法、硅烷化处理法、等离子体技术和接枝技术;第三部分介绍了微流控芯片的应用,简单介绍了微流控芯片在床边诊断(Point-of-care Testing, POCT)领域的应用,着重介绍了微流控技术在分离和富集细胞方面的应用,根据细胞的大小和密度、电化学、免疫化学等三种不同分离细胞的原理分类介绍。第二章制作出一种使用新型材料——低粘度环氧树脂为主材的,富含微柱的微流控芯片。采用硅材料为基底,利用SU-8 2075光胶制备出通道内含有规则排列的、直径100μm、高100μm的微柱的芯片微结构。将SU-8光胶层作为模具阳膜,使用软刻蚀技术制作,用PDMS制作出芯片的阴模结构;利用模塑法,在PDMS模具上浇注上热固性材料环氧树脂,固化脱模后得到环氧树脂微流控芯片。使用该种方法制作环氧树脂芯片,不仅具有精细的微结构,而且制作过程简单,减少了重复制作模具的步骤,制作出来的PDMS阴模可以重复数十次,极大减少了制作的成本和时间。第三章是实现了一种可以有效对环氧树脂表面进行改性的方法。环氧树脂固化后,表面具有一定的化学惰性,而且属于疏水型表面,不利于进行表面特异性的功能化处理。利用一种可以普遍修饰高聚物处理表面而不损伤处理本体性质的技术——等离子体技术对环氧树脂表面进行处理,在环氧树脂表面引入大量的活泼的自由基,自由基在紫外诱导的条件下与丙烯酸单体发生接枝聚合反应,在化学惰性的环氧树脂表面引入大量的羧基基团。在此基础上,可以对活化的环氧树脂表面进行特异性功能化的处理,共价连接上特异性的蛋白、小肽、核酸等生物分子,用以进行后续的免疫化学反应。优化等离子体预处理,紫外诱导的丙烯酸单体接枝聚合反应条件。环氧树脂表面接枝后,根据XPS光谱分析表明,相比较未经任何处理的环氧树脂表面,增加了一个COOR峰,占C1s中碳元素含量的7.1%。测得其表面羧基密度为2.7 nmol/ cm2,BSA蛋白吸附密度为65.8μg/cm2 ,这些结果均表明成功地在环氧树脂表面连接上COOH功能基团。第四章应用构建的环氧树脂微流控芯片对复杂样品中特异性细胞进行分离和富集实验。使用偶联试剂EDC/NHS将抗CEA抗体通过缩合作用,共价连接到通道表面,进行A549细胞的捕获实验。被捕获的细胞经染色后,直接通过荧光显微镜进行观察和计数。捕获的细胞也可以直接进行分子水平的检测,通过RT-PCR的方法,检测肿瘤细胞CEA的表达情况。总之,本文设计了一种环氧树脂微流控芯片,并构建了可以对复杂样品中特异性细胞进行分离和富集的微流控芯片系统,实现了循环肿瘤细胞的分离、富集及鉴定。本文制备的微流控芯片不仅制作工艺简单,成本低,可以实现规模化的生产;表面修饰方法具有普遍性,适用于大多数的高聚物材料;整个芯片装置结构简单,样品不需要预处理,一步就可以实现目的细胞的获得和检测。该芯片有望用于医学上面进行循环肿瘤细胞的捕获、免疫细胞亚群的分离等,在生物医学、临床诊断方面具有极大的应用潜力。