循环肿瘤细胞从恶性肿瘤上脱落,进入人体循序系统中并迁移到人体的其他器官,形成癌症转移和扩散,最终导致大多数癌症患者死亡。从外周血中分离罕见的循环肿瘤细胞被认为是一种无创的液体活检技术,对于癌症的治疗效果评估、个性化治疗、癌症的早期诊断及癌症药物的筛选研发等临床应用具有重大意义。然而,人体外周血中循环肿瘤细胞的数目极其稀少,平均每十亿个血细胞才有一个循环肿瘤细胞。因此本文主要研究如何实现循环肿瘤细胞高精度、高通量的分选。在结合本课题组已有的研究成果的基础上,深入探究了惯性螺旋分选技术,并且将其与确定性侧向位移技术进行集成,既保留惯性螺旋分选技术高通量的优势又添加了确定性侧向位移技术进一步提高了分选精度。最后,结合本课题组的薄膜的激光切割及键和工艺,实现螺旋结构的多核叠加,再进一步提升通量。本文取得的具体研究成果如下:（1）研制了一种结构简单、成本低廉、加工简易、高通量的双入口惯性螺旋芯片,成功完成了从稀释全血、裂解全血及临床样本（胸、腹腔积液）分离出多种肿瘤细胞的工作。利用不同直径的聚苯乙烯微球来模拟血液中的红细胞、白细胞及肿瘤细胞,验证芯片分选性能并探究可以实现肿瘤细胞分选的流速范围。根据微球分选所确定的流速范围,分别对血细胞、肿瘤细胞进行分选,进一步验证芯片性能的同时确定分选的最佳流速。将最佳流速应用于稀释全血掺杂较高/极低浓度多种肿瘤细胞样品、裂解全血掺杂样品及临床真实样品（胸、腹腔积液）的分选。经测试显示,较高掺杂量下,芯片对血细胞移除率大于99.60%,对三种肿瘤细胞的回收率大于99.99%,纯度在16.87%-20.31%之间。在～500 cells/ml的极低掺杂量下,肿瘤细胞纯度降到4%-6%左右。对于临床样品（胸、腹腔积液）,肿瘤细胞的检出率为100%,纯度在2%左右。（2）针对双入口螺旋结构分选精度较低,研制了一种集成双入口螺旋与确定性侧向位移的分选芯片,高精度地完成了从稀释全血、临床样本（胸、腹腔积液）分离出肿瘤细胞的工作。鉴于双入口螺旋流道芯片分选通量及肿瘤细胞回收率两大指标上取得较为出色的分选效果,为进一步提高芯片分选性能,将具备高分选精度的确定性侧向位移与双入口螺旋结构进行集成,利用两级分选从而提高肿瘤细胞纯度。通过分选与细胞尺寸相近的聚苯乙烯微球,验证芯片分选性能,经测试发现,集成芯片对微球的分选达到近乎完美的分选效果,15μm微球的回收率～100%,纯度～100%;开展细胞分选实验,将DFF+DLD集成芯片应用于稀释全血掺杂较高/极低浓度多种肿瘤细胞样品、临床真实样品（胸、腹腔积液）的分选。经测试,相较于双入口螺旋芯片,DFF+DLD集成芯片对血细胞的去除率达到99.9%以上,肿瘤细胞纯度在较高掺杂量下提高到～60%,极低掺杂量下为22.23%;对于临床样品（胸、腹腔积液）,回收液中肿瘤细胞的纯度提高到22.16%。（3）为满足循环肿瘤细胞快速分选的要求,进一步提高芯片通量,研制了一种集成四核螺旋、蛇形预聚焦、确定性侧向位移的多级分选芯片。利用薄膜芯片易于堆叠的优势,对双入口螺旋结构进行四核的叠加从而提高芯片通量,引入蛇形流道实现流道中微粒规则排布,再利用确定性侧向位移实现细胞的精确分选。对构成集成芯片的四核螺旋分选单元、蛇形聚焦单元、确定侧向位移单元分别进行分选性能和通量的验证,从而确定集成芯片的最终结构为四核螺旋+两核蛇形预聚焦与确定性侧向位移。开展细胞分选实验,将四核螺旋+蛇形预聚焦+确定性侧向位移芯片应用于稀释全血掺杂较高/极低浓度多种肿瘤细胞样品、临床真实样品（胸、腹腔积液）的分选。经测试,与DFF+DLD集成相比,该芯片对血细胞的去除率到达99.99%以上,通量提高4倍,肿瘤细胞纯度在较高掺杂量下提高到90.57%,极低掺杂量下为～75%。对于胸、腹腔积液,肿瘤细胞的纯度提高到～60%。