循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs)是由肿瘤组织脱落进入循环系统的肿瘤细胞,在肿瘤转移过程中扮演着重要的角色,是恶性肿瘤致死的主要根源。对患者血液中的CTCs的富集和分选在恶性肿瘤早期检测和预后监测方面都具有重要意义。目前,CTCs的分选主要分为基于物理性质的分选以及基于免疫亲和性的分选,它们各有优劣并可相互结合借鉴,成为综合性的分选方法。然而,在已有的各种液体活检方法中,在CTCs捕获纯度、大通量检测、实时监控/计数等方面还存在亟待解决的问题。基于此,本论文结合微流控芯片和免疫磁珠,引入上转换荧光和血管内支架捕获技术selleck PLX-4720,实现了高效率、高纯度的CTCs分选;在微流控芯片中实现了对CTCs的实时荧光计数和芯片内的灭活;在管状支架的设计中,实现了对CTCs的高速富集、高纯度捕获和原位灭活;在免疫磁珠中实现了对CTCs的高效分选、荧光计数和多色成像。具体结果如下:(1)针对捕获纯度的问题,提出了使用倒置结构微流控芯片结合多功能免疫磁珠的策略,通过磁场选择,减少其他血细胞与捕获表面的接触,提高了CTCs的捕获纯度;为了提高微流控芯片的捕获效率,设计了具有三维大孔仿生结构的捕获表面并修饰抗体,通过仿生特性与抗体特异性识别相结合,获得了高达95%的捕获效率;为了实时监控对CTCs的捕获过程,在微流控芯片中设计了单侧透明的微腔,并在与CTCs结合的免疫磁珠中集成了荧光分子;针对实时数量统计的问题,通过检测芯片捕获表面的稀土上转换荧光与免疫磁珠的荧光的比例,实现了在微流控芯片中对CTCs的实时荧光计数;针对上转换发光效率低的问题,设计了双层反蛋白石光子晶体(Inverse opal photonic crystal,IOPC)结构,通过光子晶体的带边效应,将捕获表面的上转换发光提高了32倍;在此基础上,在免疫磁珠中集成了光敏剂Ce6分子,与CTCs结合后在红光激发下引导光动力效应,在捕获表面上产生单线态氧,对捕获表面上捕获到的CTCs实现了原位灭活。(2)进一步开展了大流量样本中对CTCs检测的研究,设计了基于静电纺丝技术的无接缝管状纤维纺织物支架,其尺寸和内部螺纹结构均可调节,具有相对大的横截面积,最高以40 m L·h~(-1)的样品处理速度捕获CTCs,解决了CTCs富集策略中样本通量小的selleck问题;在捕获效率方面,设计了具有柔性纳米纤维结构的捕获表面并修饰抗体,通过仿生特性与抗体特异性相结合提升了捕获效率,在直径3 mm的螺纹管状支架中,单次富集得到了超过80%的捕获效率,并且实现对样本的循环处理,捕获效率高达98%;在提高对CTCs捕获纯度方面,设计了带有螺纹的支架内壁,通过其调控管内流体的流速分布,形成轴心和管壁处的压力差,增强了管内细胞的趋轴性,减少了其他细胞与捕获表面的接触概率,获得了超高的捕获纯度,达到98%;在这种管状支架的捕获体系中,用红光激发光动力效应,实现了对在大通量下捕获到的CTCs在支架内壁的原位灭活。(3)进一步设计了对CTCs特异性识别的免疫磁珠,在外源磁场下实现了对CTCs的固定和分选,并对CTCs的荧光计数和多色成像做出了探索;结合钙钛矿纳米晶(PerovskiteSARS-CoV2 virus infection nanocrystals,PNCs)作为荧光探针,在100-5000 CTCs·m L~(-1)的浓度区间下,免疫磁珠实现了对CTCs的荧光计数;使用聚甲基丙烯酸甲酯(Poly methyl methacrylate,PMMA)包覆PNCs和Fe_3O_4,不会对PNCs产生明显的猝灭,免疫磁珠可以良好的继承PNCs的荧光性能;并且通过包覆隔绝了PNCs与外界溶剂环境的接触,抑制了PNCs在水中的分解,保证了免疫磁珠荧光性质的稳定性;通过核壳结构设计,在增强免疫磁珠分散性和稳定性的同时,隔离了PNCs与CTCs的直接接触,解决了PNCs的生物毒性问题;PMMA的封装还抑制了不同卤素在晶格之间的交换,从而抑制了其导致的发光融合;免疫磁珠可以在同一体系中产生稳定的多色发射,在荧光显微镜下实现了多通道的多色成像。