在众多癌症中,肺癌发病率及死亡率在世界各国均大幅度增长,一直居于恶性肿瘤前列。肺癌发病隐匿,发现时一般为晚期,易被漏诊。大多数病例确诊时已是晚期,5年生存率仅为10%左右。可见早期和精准诊断是肺癌诊治研究的重要方向。非小细胞肺癌(NSCLC)占所有肺癌的约80%。其中,腺癌(ADC)和鳞状细胞癌(SqCC)是主要的组织学亚型,临床要求对不同肺癌进行个性化诊疗,确定组织分型是进行精准治疗的前提。目前为止,临床上进行肺癌诊断的方法有很多。其中,病理诊断被认为是肺癌确认的金标准。但是,这种方法通常是在通过影像学与标志物检测确定为高度疑似病例后的确诊使用,大部分病理组织样品需要通过手术或穿刺获取,对肺癌早期检测或高危人群筛查意义较小。痰液作为肺、支气管、气管呼吸道的分泌物,在影像学可见实体瘤形成之前痰液中已经可以检测到癌细胞,是代替组织进行病理检测的理想样品,可通过获取细胞进行免疫分析实现肺癌的无创病理分析。痰液作为肺、支气管、气管呼吸道的分泌物,成分复杂,细胞种类多,肿瘤细胞含量少,从痰样中分选和获取少量的肿瘤细胞并进行分析面临诸多挑战。微流控技术具有可控、高效、易集成等特点,在小体积体液处理,微量细胞分析中具有独特的优势,此外,微流控芯片制作成本低,操作简便,更利于临床应用的普及。因此,可利用微流控系统对高效捕获单肿瘤细胞并在芯片上进行原位分析实现肺癌的精确诊断。基于此,结合微流控技术在分析微量细胞样品中的优势及肺癌为呼吸系统疾病特点,本文中,我们创新性的提出应用微流控系统分选及捕获痰液中的肺癌细胞并对肺癌细胞进行多重免疫荧光检测,拟解决传统组织病理需要有创取样导致的适应性低以及传统痰液细胞学检测识别性差、效率低、难以自动化操作等问题,为肺癌的早期无创检测以及高危人群实用性肺癌筛选提供新的策略与途径。第一章为绪论,首先对肺癌早诊以及肺癌分型的研究现状及意义进行了阐述,然后对已有的基于微流控对单细胞进行捕获和分析的方法进行了概述,论证了我们基于微流控系统利用痰液脱落细胞进行肺癌诊断的可行性及创新性。第二章为对痰液中肿瘤单细胞进行分选和捕获的微流控系统的设计与构建。我们创新性的首次提出了利用微流控系统对痰液中肺癌细胞进行分离和免疫分型进行肺癌的精确诊断。在该章中我们通过设计和使用螺旋芯片以及单细胞阵列芯片对痰液中的肿瘤细胞进行了高效分选、精准单细胞捕获及单细胞在线多重免疫荧光分析。这一研究利用无创获取的少量细胞样品替代传统的组织免疫组化,实现肺癌的无创精确诊断和分型,为早期肺癌患者(无明显实体瘤),高危人群及晚期病人(无手术价值)等一系列无法无创获取肿瘤组织人群的肺癌诊断,治疗及预后监测提供了一种新的思路。同时,摸索出的芯片单细胞免疫荧光技术为同类研究提供很好的借鉴。第三章为细胞表面修饰免疫荧光微球辅助单细胞捕获与分析。单细胞阵列芯片具有细胞捕获和在线分析集成功能的芯片,在微量细胞样品的处理上具有独特优势。但物理分选的特性决定了芯片在选择性和分选速度上有着难以克服的缺陷。为此,我们有针对性的结合微球免疫捕获技术与单细胞阵列芯片技术,实现芯片的高速、高选择性捕获与分析。首先,微球免疫捕获实现对肿瘤细胞的特异性识别,避免了类似尺寸细胞的干扰,同时细胞表面包被微球带来的形变能力的下降使得细胞可以在较高的流速下稳固的截留在微室内,使得捕获流速大大提高。同时单细胞阵列芯片特有的原位分析性能使得可以对捕获的肿瘤单细胞进行原位分析,避免了假阳性问题。