本发明公开了一种用于捕获循环肿瘤细胞的整合型多层微流控芯片，包括对应设置且相互连通的上层芯片、中层芯片和下层芯片，上层芯片、中层芯片和下层芯片内均设有不同的微柱阵列以实现对肿瘤细胞的多次捕获；上层采用亲和性的捕获方法，中层芯片和下层芯片均采用物理特性的方法进行拦截捕获。上层芯片由两侧突出微柱结构组成，蜿蜒曲折的流动增加肿瘤细胞与微柱的接触面积，中层芯片有凹三角形微结构组成，下层芯片由底部有细通道的碗形微柱结构组成。本发明结构设计巧妙可以根据需求对循环肿瘤细胞的捕获方法进行多层结合选用，提高了CTCs的捕获率，避免个别肿瘤细胞被遗漏，并利用光谱仪对肿瘤细胞进行检测，能有效判定肿瘤细胞的类型和数量。