循环肿瘤细胞的分选与分析对于转移癌的诊断、预后评估、个体化治疗方案的确定以及癌症药物的研发具有极其重要的意义。但循环肿瘤细胞处在大量血细胞背景下,其物理特征与血细胞间有较大差异但又有部分相同。因此,研究如何实现循环肿瘤细胞无标高纯度分选是一项十分必要且极具挑战的工作。以有无外场力区分的主动和被动式微流控细胞分选方法,分别具有分选纯度高但通量低和通量高但分选纯度低的特点,且都需要压力泵和管路等外部连接设备,系统整体较为复杂。而离心式细胞分选技术依靠芯片旋转驱动流体和细胞运动,具有操作简单、成本低、设备简单且集成度高等优点。然而,分选得到的目标细胞回收率与分选纯度相对较低,在细胞精确操控方面仍具有挑战性。本文在综述现有微流控芯片细胞分选与分析方法的基础上,根据离心式微流控芯片对细胞密度和尺寸均能区分的特点,从细胞密度差异和尺寸差异两个维度出发,首先基于密度差异去除大部分红细胞和尺寸相近的白细胞,对循环肿瘤细胞做初步富集;然后基于尺寸差异去除密度相近的白细胞,对循环肿瘤细胞进行收集分析。深入研究细胞分选机理、芯片结构设计及制备工艺、芯片分选性能和分选分析系统集成,解决基于尺寸离心分选机理中存在非定常流动影响粒子运动轨迹、肿瘤细胞回收率与分选纯度较低、芯片制备中材料加工封装失效的问题,实现对循环肿瘤细胞的无标高纯度分选与分析。本文具体研究内容如下:（1）研制一种基于密度差异的离心式细胞分选微流控芯片。针对肿瘤细胞与血细胞密度上的差异,提出密度梯度离心的方法去除红细胞和部分尺寸与肿瘤细胞相近的白细胞,对肿瘤细胞做初步富集。针对传统的密度梯度离心方法处理血液样本中存在的手动提取细胞条带操作困难与提取不稳定的问题,提出一种基于离心式微流控芯片的密度梯度离心方法。以自动加样和提取目标样本为目标,设计芯片结构,研究影响白细胞条带稳定性和提取效果的因素,实现自动对血液样品加样提取的初步处理。（2）提出一种改变离心微流体流动状态的整流方法。基于尺寸差异的离心细胞分选原理的研究,提出离心式微流控芯片中普遍存在的非定常流动影响粒子运动轨迹的问题。通过在芯片中设计整流器结构,使离心分选的非定常流动过程变为局部稳定的连续定常流动过程,解决非定常流动速度变化导致相同粒子轨迹不一致的问题,提高离心式微流控芯片对细胞精确操控的能力。在理论上采用水平集方法描述流体界面,对整流器结构进行数值模拟,分析样品腔出口流速变化;在实验上设计有无整流器结构对比实验,分析相同时间内芯片出口流量变化。在理论和实验上同时证明整流器改变流体流动状态的作用。（3）研制一种带有整流器结构的离心式细胞分选微流控芯片。针对密度相近尺寸不同的肿瘤细胞和白细胞样本,为实现肿瘤细胞的分选,需对尺寸差异粒子的操控进行分析。理论上采用拉格朗日方法求解牛顿第二定律,对粒子的运动轨迹进行数值模拟,并分析转速对粒子轨迹的影响,从理论上证明芯片分选性能。实验上开展粒径为25μm与12μm聚苯乙烯颗粒混合液分选研究,回收率接近100%,分选纯度高于95%。实验上进一步开展在高浓度白细胞中分离前列腺癌细胞,回收率约为90.4%,分选纯度约为83.0%。该芯片可提供稳定的分选结果,使其在稀有细胞的纯化和生物医学研究中有广阔的应用前景。（4）研究离心式微流控芯片制备工艺,包括材料选择、芯片加工和封装。给出PMMA、环氧树脂、PDMS三种芯片材料的制造工艺与封装工艺。针对激光雕刻机切割PMMA材料形成表面重铸层导致胶粘键合失效率高的问题,提出掩膜降温工艺,降低结构表面重铸层的凸起,提高芯片键合的成功率。针对环氧树脂芯片胶粘键合影响结构表面性质的问题,提出环氧树脂同种材料熔融键合方法,为环氧树脂芯片的封装提供一种新的方法。（5）研究离心式细胞分选与成像检测的系统集成。设计并搭建由离心细胞分选和成像检测集成的系统,实现离心式细胞分选的原位检测。首先,设计离心细胞分选与成像检测系统总体结构,并完成系统组装,实现芯片内细胞原位观测,得到芯片内细胞高清图像。然后,根据所得芯片内细胞图像,进一步采用图像识别的方法对细胞进行计数,实现从肿瘤细胞分选到检测计数不需要手动操作的连续性过程。该系统集成度较高,且结构简单、操作简单,证明了其在癌症临床诊断方面具有较大的应用潜力。