为改善能源结构,响应“清洁、低碳、安全、高效”能源消费主题,寻求一种绿色、清洁、可再生能源至关重要。微藻作为第三代生物质能源,其光合生长过程可有效固定CO2以缓解全球温室效应,且微藻可被加工转化为多种不同类型的生物燃料以供给能源需求;大力发展微藻生物质能源是降低化石燃料消耗,减缓碳排放,促进实现“碳达峰、碳中和”的有效途径。微藻培养为微藻生物质能源化应用的基础环节,相较于悬浮式培养,微藻生物膜式培养生物质密度较高且对CO2具有更好的亲和力,因此,微藻生物膜具有更佳的固碳减排和能源转换效果;更适宜于规模化应用。然而对于现有的微藻生物膜培养系统,往往存在以下缺点:生物膜初始成膜效率低,培养过程光传输受限,光生物反应器空间利用率低且采收方式低智能化。因此,为使微藻生物膜式培养系统更加高效,加速产业化应用,在已有研究的基础上,需要提出具有普适性的生物膜初始成膜强化手段;提高培养系统的空间利用效率;优化培养系统内光照环境;并简化微藻生物膜采收方法。最终构建能兼顾生物膜培养环境、空间利用率及系统耐久性能的生物膜光生物反应器。本文以微藻生物膜式培养为背景,提出了三维多孔导光生物膜反应器,在三维多孔导光生物膜反应器内,采用沉积有纳米导光颗粒的三维多孔光敏树脂作为生物膜基底,基底的三维多孔结构保证了高空间利用率;同时内部沉积的纳米导光颗粒对光的散射作用有效优化了生物膜基底表面光分布均匀性。此外,为强化微藻初始成膜并简化微藻生物膜采收方法,本研究类比人体细胞体外培养与收获过程,将广泛用于人体组织培养的温度响应性材料——N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）应用于微藻细胞的吸附与脱附采收。于三维多孔基底上制备了具有温度响应特性的NIPAAm薄层,NIPAAm独特的相转变特性,使得该温敏膜可通过温度调控,在相转变温度（32℃）上下分别实现对微藻细胞初始成膜和终期微藻生物膜脱附的强化。在此基础上,结合三维多孔导光生物膜反应器与温敏接枝前后的生物膜基底,研究内三维多孔导光生物膜反应器微藻生物膜的生长特特性,主要研究成果如下:（1）对于三维多孔导光生物膜反应器内的微藻生物膜式培养,三维基底表面的孔隙结构直接影响微藻生物膜的附着与生长;相较于其他表面结构,基底表面的圆弧形凹槽更利于静置沉降成膜过程中微藻细胞的初始附着;同时圆弧形结构的高比表面积使得其在培养阶段生物值积累更具优势。在此基础上,对比不同基底排布模式和孔隙尺寸下,微藻生物膜的生长特性,结果显示:3mm孔隙直径的圆弧形结构生物膜基底在骨架错位式插空排布（插排）模式下,单位占地面上具有最高的微藻生物质积累量,可达:31.74 g m-2。（2）成功制备了生物相容性良好,并能有效强化微藻细胞初始成膜的温敏层;使用环境扫描电镜与原子力显微镜验证了温敏层修饰后基底表面的形貌变化;通过元素分析、傅里叶红外吸收光谱等证明了温敏膜接枝前后基底表面元素与官能团的改变。测量了不同温度下温敏改性表面的水接触角,结果显示在温敏修饰的基底表面其水接触角随温度升高而提升,这证明了温敏表面对温度的响应性;最后结合热力学黏附预测模型与可视化实验共同证明了温敏层接枝修饰后的生物膜基底可有效强化微藻生物膜的初始附着。在33℃条件下,可视化吸附实验60min结束时,温敏层聚合修饰后的温敏表面（Base-Dpa-NIPAAm-0.05）表面比初始Base表面的微藻总吸附量提高了103.5%。（3）将温敏层成功接枝于三维多孔基底表面后,对比了温敏修饰前后基底表面在微藻细胞吸附、细胞生长培养和脱附采收三大过程中的差异性。结果显示:在成膜阶段,温敏层修饰后的三维多孔表面相较于原始基底的细胞生物质密度提高了98%;温敏膜覆盖后基底表面微藻细胞附着的牢固性优良,其相较于原始未改性表面在12天培养周期内细胞的总脱落率降低了13.3%。培养周期结束后温敏改性基底表面的生物质密度比原始基底表面提高了14.43%。在温敏修饰生物膜基底的基础上,最后通过调节温度与雾化流量优化了培养周期内三位基底表面整体的生物质积累,结果显示:当雾化流量为0.45 L h-1;光照强度为228μmol m-2s-1时;三维多孔导光生物膜反应器内生物量在培养周期内可达到最大,47.12g m-2。