循环肿瘤细胞（Circulating tumor cells,CTCs）是指从原发肿瘤或转移灶脱落进入血液循环的肿瘤细胞。从血液中高效捕获CTCs的新材料和新技术对癌症的早期诊断、预后监控、疗效评估、个性化治疗具有重要意义。由于CTCs在外周血中数量极低且具有异质性,导致目前依赖于特异性生物分子修饰的CTCs检测材料存在广谱性差、假阴性率高等问题。为了实现高效、广谱的CTCs捕获,本论文提出基于新型“纳米笼”材料与CTCs伪足之间结构、尺寸的匹配效应,以实现血液中CTCs无标记捕获的新思路。为了获得与CTCs伪足匹配的微纳结构,我们从天然花粉的多样性结构中获得灵感,通过对花粉外壁骨架进行改性、刻蚀处理,使其天然微纳结构充分暴露,并以此为基础制备了用于CTCs捕获的基底材料,进一步考察不同类型、尺寸的微纳结构对CTCs捕获的影响,探讨“纳米笼”结构高效捕获CTCs的机制,为无标记CTCs捕获新材料的研制奠定了理论和技术基础。具体研究工作如下:（1）针对天然花粉粒子微纳结构被覆盖、疏水性强且具有自发荧光等问题,以菊科植物花粉为模型,研究了浓硫酸对花粉粒子外壁骨架的刻蚀和改性效果。结果表明,浓硫酸刻蚀处理后,花粉外壁骨架的天然微纳结构充分暴露,比表面积显著增加,同时花粉粒子表面的-SO3H基团增多,C=O基团减少,导致其亲水性增强,自发荧光淬灭。通过对浓硫酸处理时间的优化,发现处理24h可获得表面亲水、无自发荧光、纳米结构完整清晰的微米级粒子,可进一步用于CTCs捕获基底材料的制备。（2）以浓硫酸处理后的花粉微纳粒子为原料,采用喷涂法制备用于CTCs捕获的微纳基底材料。研究表明,将无水乙醇和聚乙烯缩丁醛作为微纳粒子的分散剂和粘合剂,可以在不覆盖粒子微纳结构的前提下喷涂出均匀、稳定的CTCs捕获微纳结构基底。为了筛选出有利于CTCs高效捕获的微纳结构,以具有代表性微纳结构的菊科、五味子科、睡莲科和蔷薇科花粉为原料,利用浓硫酸改性刻蚀法和喷涂法制备了具有不同微纳结构的CTCs捕获基底材料,考察其对模型癌细胞系MCF-7的捕获效率,发现菊科花粉的多层级微纳结构对癌细胞的捕获效果最佳。进一步详细考察菊科花粉不同层级微纳结构对癌细胞捕获效率、伪足产生时间和数量、细胞骨架分布、粘着斑蛋白表达的影响,最终确定了“纳米笼”结构对癌细胞高效捕获起到决定性作用。捕获时间为60min时,纳米笼基底对MCF-7癌细胞的捕获率高达91%,为目前无标记微纳材料中的最高值。（3）从“纳米笼”结构诱导癌细胞伪足生长过程、不同尺寸“纳米笼”对癌细胞捕获性的能影响等角度进行考察,探究“纳米笼”结构高效捕获癌细胞的机制。研究发现表面入口孔径为175 nm、支撑框架直径为117 nm和内部联通空腔间隙为166 nm的纳米笼结构,与平均直径为131 nm的癌细胞伪足可以精确匹配,从而诱导癌细胞伪足进入到纳米笼内部充分运动和伸展,使之产生0.1-0.2μm2/根的粘附面积（为目前微纳材料材料的10倍）,使细胞-基底间的粘附力显著增加到22.9 nN以上,从而显著地提高了癌细胞捕获效率。此外,纳米笼基底对不同种类的癌细胞系（MCF-7、A431、Hela、HepG2和A549）均显示出90%以上的捕获效果,证明其具有广谱的癌细胞捕获能力。（4）为了实现“纳米笼”结构基底在临床检测中的应用,首先考察了其在模拟血液环境中的CTCs捕获效果。结果表明“纳米笼”结构基底对血液中的白细胞表现出较好的抗粘附性能,可以在含有大量白细胞（106）的模拟血液环境中选择性地捕获出少量癌细胞（20-4000）,捕获率达到92%,证明其具有良好的特异性。同时,“纳米笼”结构基底还表现出良好的细胞相容性,捕获的癌细胞在其表面显示出97%以上的存活率和良好的增殖能力。在此研究基础上,将“纳米笼”结构基底应用于CTCs临床检测,在早期乳腺癌患者4 mL血液样本中CTCs检出率达到90%,在覆盖8种癌症类型（肺癌、喉癌等）的中晚期患者2mL血液样本中实现了 100%的CTCs检出率,证明该材料具有临床应用潜力。本论文从天然花粉的微纳结构出发,制备并筛选出了具有“纳米笼”结构的高效CTCs捕获材料,证实了“纳米笼”与CTCs伪足尺寸、结构的精准匹配是实现血液中CTCs高灵敏、选择性捕获的主要原因,并进一步应用在临床外周血样本检测中,证明了该材料在对CTCs检测的灵敏性和广谱性,为癌症早期诊断及治疗过程监控的CTCs捕获材料的开发提供了全新的理论和技术基础。