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近年来,癌症已成为威胁人类生命健康的头号杀手。在癌症的死亡病例中,有超过90%的癌症患者死于肿瘤的转移和复发。由于肿瘤的侵袭和转移特性,肿瘤细胞能够从原位肿瘤脱落进入血液循环系统,从而形成循环肿瘤细胞（circulating tumor cells,CTCs）。人外周血中CTCs的检测对于癌症的早期诊断、发展预测、疗效评价和个体化治疗等都具有重要意义。但是,由于癌症病人血液中CTCs的稀少性和异质性,通过常规手段从血液中分离或捕获CTCs仍面临着很大的挑战。静电纺丝纳米纤维具有比表面积大、可模拟天然细胞外基质、生物相容性好以及易于制备和表面功能化修饰等诸多优点,使其成为癌细胞捕获应用的理想平台。本论文以静电纺纳米纤维为基体材料,构建了一系列基于纳米纤维的功能化平台,通过纤维表面功能化修饰并整合微流控技术用于CTCs的高效捕获和释放,通过均质处理获得单分散纳米短纤维或者载药纤维环用于CTCs的分选应用和和肿瘤治疗研究,具体研究如下:针对目前CTCs捕获纯度低、亲和捕获不易释放等问题,构建整合两性离子功能化纳米纤维的微流控芯片用于CTCs的特异性捕获和无损释放。首先,通过原子转移自由基聚合（ATRP）反应,在静电纺聚乙烯亚胺/聚乙烯醇（PEI/PVA）纳米纤维表面修饰两性离子聚（2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱）（PMPC）。随后,通过末端溴化基团连接含有pH敏感性苯亚胺键的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）环肽作为靶向配体。之后,与微流体通道结合构建包埋功能化纳米纤维的微流控芯片用于癌细胞的捕获和释放研究。结果显示,两性离子功能化修饰能够显著降低血细胞的非特异性粘附,提高捕获纯度;整合功能化纳米纤维的微流控芯片可以高效（91.8%）、高纯度（33.1%）地捕获整合素αvβ3高表达的癌细胞,并且能够在30 min内实现捕获细胞的无损释放;癌症患者血液检测结果表明,构建的微流体装置具有分选临床CTCs的应用潜力。在上述研究基础上,采用取向纳米纤维结合两性离子修饰和二硫键快速断裂释放的策略,构建包埋取向纳米纤维的微流体芯片用于CTCs的高效捕获和快速释放。首先,通过ATRP反应在取向PEI/PVA纳米纤维表面修饰两性离子PMPC。同时,通过巯基氧化反应将半胱氨酸和末端巯基的PEG化叶酸（SH-PEG-FA）连接合成含有二硫键的靶向配体,然后通过取代反应将合成的靶向配体连接在纳米纤维表面。之后,与微流体通道整合,得到整合取向纳米纤维的微流控芯片用于癌细胞的捕获和释放研究。结果表明,两性离子修饰可以使取向纳米纤维获得优异的抗血细胞粘附性能,取向纳米纤维的策略可进一步减少血细胞粘附,提高捕获纯度。集成取向纳米纤维的微流控芯片能够高效（92.7%）、高纯度（43.4%）捕获FA受体高表达的癌细胞并且可以通过三（2-羧乙基）膦处理在5 min内快速断裂二硫键,实现捕获癌细胞的快速释放。癌症患者血液的CTCs分离和检测结果表明,开发的微流体芯片有望用于临床癌症的诊断应用。此外,针对传统免疫磁分离方法中CTCs被磁性材料紧密包覆,难以有效释放的问题,将静电纺纳米纤维和磁分离技术相结合,构建DNA适配体（aptamer）功能化的磁性纳米短纤维用于CTC的高效捕获和有效释放。首先,通过一步水热法合成PEI稳定的Fe3O4纳米颗粒（Fe3O4@PEI NPs）。然后,通过静电纺丝技术将合成的Fe3O4@PEI NPs掺杂到PEI/PVA纳米纤维中,用戊二醛蒸气交联并均质化处理以获得磁性纳米短纤维（MSNFs）。之后,通过3-马来酰亚胺基丙酸N-羟基琥珀酰亚胺酯作为中间连接体将特异性靶向上皮细胞粘附分子（EpCAM）的DNA适配体修饰在MSNFs表面,得到aptamer-MSNFs。制备的aptamer-MSNFs平均直径为350 nm,平均长度为9.6μm,具有灵敏的磁响应能力。DNA适配体功能化赋予MSNFs高特异性、高效捕获（87%）癌细胞的能力,并且通过引入核酸酶处理实现了癌细胞的有效释放,释放效率达到91%,细胞存活率为86%。与商业磁珠相比,aptamer-MSNFs具有与之相当的捕获效率和更高的释放效率,因此在细胞分选中具有广泛的应用前景。抑制肿瘤的转移和侵袭对癌症治疗和延长癌症病人生存期具有重要意义。基于此,提出一种基于多功能载药聚乳酸-羟基乙酸（PLGA）纤维环的新策略,通过从源头上减少CTCs的形成,在治疗原位肿瘤的同时抑制肿瘤转移。首先,通过静电纺丝和均质工艺获得负载抗癌药物多柔比星（DOX）的PLGA纤维环（DOX@PLGA）。之后,以PEI作为中间连接体将Gd（III）螯合到DOX@PLGA纤维环的表面用以磁共振（MR）成像,然后连接DNA适配体作为靶向分子,得到功能化载药纳米纤维环DOX@PLGA-PEI-Gd/aptamer。制备的载药纤维环平均外径为11.1μm,具有良好的生物相容性、长期药物缓释性能以及较高r1弛豫率(4.46 mM-1s-1)。独特的纤维环结构和DNA适配体功能化赋予纤维环靶向锚定肿瘤细胞的能力并且能够增加其瘤内滞留时间,从而减少肿瘤细胞脱落,抑制肿瘤的转移和侵袭。体外细胞实验和体内动物实验结果显示,制备的DOX@PLGA-PEI-Gd/aptamer能够实现肿瘤的长效治疗,并通过减少CTCs的形成,有效抑制肿瘤转移和侵袭。这些结果表明,开发的多功能纤维环具有长效治疗原位肿瘤和有效抑制肿瘤转移的巨大潜力。总之,本论文构建了一系列基于静电纺纳米纤维的功能化平台,并探索其在CTCs捕获和肿瘤治疗的应用潜力,构建的集成纳米纤维的微流控芯片有望用于临床CTCs的捕获分析;制备的单分散纳米纤维在细胞分选应用和肿瘤治疗领域也表现出巨大潜力。