细菌纤维素是自然界唯一的纳米纤维材料,对其形成机制和制备工艺的研究是材料科学领域的前沿课题之一。本论文提出了一种基于先进生物制造技术制备纤维素纳米复合材料的新工艺过程,通过生物技术与纳米技术的有机结合,以木醋杆菌为分子组装的纳米机器人,通过微流控技术的动态微流控制、静态分子模板和微细沟槽结构等方法在微纳米尺寸范围诱导微生物的定向运动,调控所分泌微纤维纳米纤维的排列模式,“自下而上”自动构筑由纤维素纳米纤维编织的具有特定规则图案的三维复合材料。主要研究内容和结果如下:(1)采用液差法控制微流控管道中流体的运动速度,通过观察木醋杆菌在管道中的运动状态,确定了在液差小于10 mm时细菌的运动方向与流体一致。同时证实了木醋杆菌可在PDMS(聚二甲基硅氧烷)制作的微流控芯片中良好的生长,表明通过微流控芯片可调控纤维素的定向排列。(2)通过微接触转印技术(μCP技术)制作了亲疏水相间隔的分子模板,用该分子模板进行静置培养,已获得了在微米尺度的条形或格子状图案化的纤维素材料。同时经扫描电镜观察发现,该纤维素在微米结构上具有有序排列的趋向。(3)采用软蚀刻技术,制造了具有微细沟槽的固体培养基模板和PDMS模板,通过固体培养基模板的静置培养,最终得到了图案完全的细菌纤维素薄膜,同时证实了木醋杆菌具有依附边壁生长的特性。总之,本文建立了在纳米尺度有序控制材料组装的新方法,为构筑具有多层次高度精细结构的仿生医用材料(如人工肌腱等),或具有各向异性的多组分精密光电材料,提供了重要科学依据。