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稀有细胞是指血液中含量稀少但具有重要研究价值和临床应用价值的细胞,如循环内皮细胞(Circulating Endothelial Cells)、免疫细胞亚群(Immune Cell Subsets)、干细胞(Stem Cells)、循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs)、孕妇外周血中的胎儿有核红细胞(Fetal Nucleated Red Blood Cells,NRBCs)等。研究表明,对捕获到的CTCs进行基因及其分泌物的检测,对恶性肿瘤的早期诊断、个性化治疗以及肿瘤耐药性评估等具有重要的指导意义。而NRBCs包含胎儿完整的遗传信息,在孕早期获得NRBCs并进行基因检测,可以尽早发现严重的遗传缺陷或疾病,在产前诊断领域具有重要意义。每毫升血液中正常血细胞数量超过109个,而CTCs和NRBCs只有几个到几百个,低丰度造成的有效样品量不足是目前稀有细胞捕获效率低的首要原因。目前稀有细胞捕获的方法包括物理法、免疫亲和法以及声学光学等方法,但总体呈现出操作复杂、有效样品量小,难以实现在体原位捕获等问题。针对上述问题,本文首先综述了近年来在稀有细胞捕获和富集领域的相关研究,随后分别用两种方法对医用材料的表面进行了功能化修饰,制备了用于CTCs和NRBCs两类稀有细胞捕获的医用器件,并对材料修饰的化学结构、物理性能、生物性能等进行了表征、验证,实现了稀有细胞的捕获。具体内容如下:1、对近年来在稀有细胞捕获和富集领域的研究进行了梳理,相关研究方法主要包括:(1)物理分选法,如利用细胞大小差异、流体力学性质差异以及介电性质的差异进行的分离;(2)免疫亲和法,如基于化学修饰的方法、免疫亲和分子修饰磁性材料的方法以及基于材料表面微细结构的方法;(3)其他方法包括利用声学、光学等方法进行分离。并对各种方法的特点以及局限性进行了比较。2、基于甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate,PMMA)材料,利用紫外光(UV)固化快速实现PMMA材料表面羧基功能化修饰,进一步通过EDC/NHS反应连接抗体,得到捕获特异性CTCs的医疗器件。通过水接触角(WCA)测定和蛋白吸附确定了最优光固化配方;通过甲苯胺蓝染色、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)等方法对PMMA表面接枝羧基进行了验证;用血小板吸附值、血浆复钙时间、细胞毒性等实验考察了修饰前后PMMA表面的生物相容性;最后利用CFSE对活细胞进行染色,通过显微镜下观察,得到anti-EpCAM抗体修饰的PMMA管可以特异性捕获SGC7901细胞。根据不同细胞表面抗原表达不同的原理,改变竣基功能化PMMA管内连接特异性抗体的种类,甚至可以连接特异性核算适配体、亲和素分子等,实现一种器件的多用化,真正降低成本、简化操作、实现稀有细胞快速分离和富集。3、基于尼龙导丝,设计并制备了用于NRBCs捕获的细胞采集器。首先合成了双亲的羧酸甜菜碱甲基丙烯酸甲醋单体(Carboxybetaine Methacrylate,CBMA),并将其接枝到尼龙导丝表面;然后通过EDC/NHS反应连接CD71抗体,得到了可特异性捕获细胞的导丝。通过傅里叶转换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H NMR)方法验证产物CBMA分子结构;通过ATR-FTIR、甲基红染色、X射线电子能谱(XPS)等验证尼龙表面成功连接CBMA;通过WCA、蛋白吸附值、细胞毒性实验等考察了捕获导丝的生物相容性;荧光显微镜观察和FISH实验验证了功能化尼龙导丝在模拟血液循环系统条件下捕获NRBCs的可行性。本实验使用的尼龙导丝虽然和血液接触面积小,但由于可以实现在体、原位捕获,大大增加了血液样品容量,导丝表面的抗体有更多机会和目的细胞接触,增加了捕获的效率。结合设计的简易化装置,简化操作流程,降低捕获成本,可以实现微创产前诊断的目标,临床应用前景较广阔。