本发明涉及一种微流控细胞分选装置、肿瘤干细胞的分选方法及抗癌药物的筛选方法，微流控细胞分选装置包括第一分选芯片和第二分选芯片；第一分选芯片中设有用于分选细胞的大小不同的通道，第一分选芯片设有第一入口和第一出口，第一入口用于样品的注入；第二分选芯片设有第二入口和第二出口，第二入口与第一出口连通，以使自第一出口流出的样品进入第二分选芯片分选，第二分选芯片的内表面覆盖有基质胶层。本发明的微流控细胞分选装置基于细胞柔性形变以及细胞黏附性进行分选，能够准确高效地分选出同时具有高变形性和低粘附性且细胞活性良好的肿瘤干细胞群，为下游实验提供保证，对后期的药效验证对癌症的治疗和预后具有重要意义。