循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs)是从原发肿瘤或转移肿瘤脱落,进入人体血液循环系统中的一种极其稀有的细胞。它的出现为癌症诊疗提供了新的方法,有助于对癌症进行早期诊断及术后评估。然而CTC在人体血液中的含量极少,每1ml血液中血细胞的含量约为1×10~9个,而CTCs只有1~100个。如何从大量的血细胞中分离出CTCs是近些年来人们的研究热点。微流控芯片实验室的出现为CTCs的分选提供了新的途径。通过微电子机械(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加工工艺在Si、高分子聚合物,玻璃、石英等基片上,加工出毫米至亚毫米量级的通道、反应或检测腔室等微结构单元,实现对流体的精确操控,完成生物实验室中的分离、萃取、分析等过程。本论文中,学习了流体力学的相关知识后,作者使用计算流体学仿真软件,结合微尺度下流体的流动特征,系统的研究了弯曲通道中流体的流动状态以及流体对粒子的作用效果。模拟了螺旋通道中的Dean涡流分布,分析了其强度随流体流速和通道初始半径的变化。同时对粒子在通道中的运动进行了详细的研究,将其模型成功的导入至计算流体学仿真软件,模拟了双螺旋微流控芯片分离粒子的原理。在仿真结果的指导下,我设计了一款5圈的双螺旋微流控芯片,创新性的提出了二阶分离的方式,即通道的第一阶段分离出三者中最大的粒子,使其从特定的通道中流出;第二阶段分离出剩余两个粒子中较大的粒子,使其和较小的粒子分别从特定的出口流出。本文采用基于“软光刻”工艺,利用高分子聚合物聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxan,PDMS)加工了微流控芯片,并通过氧等离子体处理的方法将PDMS芯片与玻璃基片键合,实现了通道的闭合。实验中,使用尺寸相仿的聚苯乙烯(Polystyrene,PS)小球代替细胞进行,对制备的双螺旋微流控芯片的分离性能进行了初步的测试。将一定浓度、不同粒径的聚苯乙烯小球的PBS溶液模拟含有CTCs的血液样品,测试微流控芯片的性能。通过调整通道的入口流速观测小球的分离情况。实验结果发现,随着入口流速的逐渐增加,20μm的粒子最先开始聚集,当流速达到30ml/h时,20μm的粒子在通道的第一阶段聚集在了平衡位置,从最左侧的通道流出。此时剩余的粒子继续沿着通道的第二阶段运动,由于通道参数的变化,此时12μm的粒子逐渐的聚集在了平衡位置,并从中间的通道流出。而8μm的粒子从始至终始终没有达到聚集的条件,随着流体从右侧的通道流出。实验结果表现了该双螺旋微流控芯片单片分离多粒子的能力。