循环肿瘤细胞(CirculatingTumorCell,CTC)是指是指存在于人体循环系统中的肿瘤细胞,大部分的肿瘤细胞在进入外周血后会发生凋亡或者被吞噬,但是少数的恶性肿瘤会通过血液传播转移到身体中的其他器官,严重危害患者的身体健康。因此,肿瘤细胞的检测在医学诊断和鉴定中具有重要的研究价值,然而,肿瘤细胞在循环系统中的浓度极低,109个血细胞中仅存在1至100个CTC,给检测和捕获CTC造成了巨大的挑战。因此,从血液中快速并高回收率的分离出CTC是当前医学研究的热点。传统的细胞分离方法主要有尺寸过滤、流式细胞法等,但这些方法都具有一定的局限性。微流控技术以高通量、易集成、体积小、成本低等优势成为了细胞分离的一种重要手段。针对以上问题,本文以微流控芯片为实验平台,对肿瘤细胞的高效分离进行了研究,主要包括以下三个方面:(1)基于确定性侧向位移(DLD)的细胞分选本文设计了一种基于确定性侧向位移(Deterministic Lateral Displacement,DLD)的肿瘤细胞被动式分离芯片,主要是根据细胞间的尺寸、硬度等物理差异来进行细胞的分选研究。首先,根据确定性侧向位移原理设计基于三角形微柱阵列的芯片结构。其次,对分离芯片进行速度场仿真,计算芯片临界值,并分析微柱阵列中的各参数对临界值的影响,进而确定芯片的各参数值。最后,利用软光刻技术完成分离芯片的制作,搭建实验系统,实现肿瘤细胞的分离,并研究样品速度和鞘液流速对分离效果的影响。(2)基于介电泳技术的细胞分选本文设计了一种基于介电泳技术的肿瘤细胞3D电极分离芯片,主要是根据细胞间的介电特性的不同进行主动式分选研究。首先,推导细胞在不匀称电场中受到的介电泳力,并进行频率响应分析,分析细胞间的分离机理。其次,设计芯片的三层结构,分别为IT0基底层、3D电极层和PDMS通道层,对分离芯片进行流场和电场仿真,并分析芯片各参数对电场强度的影响,确定芯片各参数值。再次.根据设计好的分离芯片,利用光刻工艺分别对三层结构进行制作,并封装键合成一个完整的芯片。最后,以3D电极分离芯片为实验平台搭建实验系统,进行分离实验,并研究样品流速和电压幅值对分离效果的影响。(3)基于DLD和介电泳技术连用的多级细胞分选本文提出了一种将确定性侧向位移技术和介电泳技术相结合的多级细胞分选方法,首先,由DLD分离芯片对不同尺寸大小的细胞进行分离,即对混合样品的初筛。其次,再将初筛后的样品通入介电泳分离芯片,由介电泳分离芯片对尺寸相差不大的细胞依据介电特性的不同进行分离,对混合样品进行进一步的筛选。此方法结合了 DLD和介电泳技术的优点,既增加了分离细胞种类又提高了分离效率。