Biosensing　and　detecting　the　rare　circulating　tumor　cells　(CTCs)　in　complex　blood　samples　are　a　great　challenge　but　necessary　for　cancer　metastasis　prevention.　Here　we　show　a　novel　highly-sensitive　biosensing　system　for　detecting　CTCs　in　whole　blood.　The　system　is　composed　of　Her2-coated　immunomagnetic　beads　and　an　anti-EpCAM　aptamer　assembled　pseudo-DNA　nanocatenane　(PDN)　for　dual　targeting　and　separating　CTCs,　in　conjunction　with　the　rolling　circle　amplification　(RCA)　and　molecular　beacon　(MB)　system　for　CTCs　signal　amplification.　The　Her-2-coated　beads　separated　CTCs　from　blood　after　their　elution　from　a　magnetic　column.　The　unique　PDN,　which　is　a　tailor-designed　self-assembly　of　three　circular　DNAs　that　are　inter-locked　with　independent　and　non-interfered　templates　for　periodic　RCA　process,　binds　EpCAM-rich　CTCs.　In　the　presence　of　the　RCA　primer,　phi29　DNA　polymerase　and　MB,　the　system　collaboratively　generated　the　amplified　fluorescent　signals　for　highly-sensitive　detection　of　CTCs.　Through　this　system,　we　achieved　the　limit　of　detection　less　than　10　CTCs/mL　blood,　and　quantified　the　number　of　CTCs　in　patient　blood,　which　is　proportional　to　the　patient　cancer　status.　Our　technique　is　highly-sensitive,　practicable　and　convenient　enough　for　clinical　detection　of　breast　CTCs.　©　2018　Elsevier　B.V.