微生物与人类的生活息息相关，例如食品、化学制品、药物、生物能源、生物材料和酶的生产经常会用到酵母、细菌和真菌等微生物。随着系统生物学、合成生物学和医学的发展，高通量筛选稀有微生物个体，高效固定微生物以及精确控制微生物产物自组装的研究，已经成为今天生物医学工程研究的重要内容之一。
　　传统的微生物操控方法主要基于琼脂糖平板或多孔板。这些方法操作繁琐、通量低，不利于微生物细胞的精确控制。微流控技术近年来发展十分迅速，得益于其便于制作、样品消耗少、操作简单、通量高等诸多的优势。由于微流控芯片是一个微纳米级别的操作平台，尺寸上与微生物存在着较好匹配，从而微流控芯片能够作为一个很好的平台用于微生物的各项研究。本文基于琼脂糖凝胶和微流控常用材料聚二甲基硅氧烷（PDMS），探讨了功能性微生物高通量筛选、微生物高效固定以及细菌纤维素自组装的微流控新技术研究，主要研究如下：
　　1、设计了一种基于琼脂糖凝胶的微孔阵列芯片，用于微生物单细胞在微孔中的固定及生长，探讨了在单克隆水平下功能性微生物的高通量筛选。利用绿色荧光蛋白（GFP）标记的大肠杆菌（E.coil）作为模式菌株来观察细菌细胞在不同尺寸阵列芯片上的分布和生长；利用产脂肪酶的枯草芽孢杆菌（Bacillus）作为模式菌株来探索细菌产物在琼脂糖凝胶芯片上的表达及检测。研究发现，利用琼脂糖凝胶制作的微孔阵列芯片能够快速捕获、固定细菌；在满足细菌正常生长的同时，不影响细菌产物的表达，能够满足利用荧光对相应产物进行检测，从而实现利用荧光响应来筛选微生物。
　　2、选用微流控芯片常用材料PDMS发展了一种新颖多孔材料，用于微生物高效固定。探讨了水乳化法在低温下聚合形成PDMS材料，并利用液体石蜡油作为稀释剂，促进水在PDMS溶液中的乳化，减少乳化水滴的蒸发；经固化，可以得到具有很好的弹性和多孔性的多孔材料。研究发现，该方法合成的PDMS多孔材料，能够实现对微生物的高效固定。
　　3、构建了一种表面结构化的PDMS多孔材料模具，用于高效控制细菌纤维素自组装形成图案化细菌纤维素。利用微流控芯片常用的软光刻技术，制作了表面结构化多孔材料图案模具；结合细菌纤维素纤维在气液交界面合成的特点，在细菌培养界面引入多孔性的图案模具，用于表面图案化细菌纤维素生物制造。研究发现，利用软光刻技术能够很好地在PDMS多孔材料底部表面形成图案，该模具能够控制细菌纤维素纤维自组装，快速地形成具有高精度的表面图案化细菌纤维素。
　　4、发展了一种中空结构的PDMS多孔材料模具，用于控制细菌纤维素纤维自组装形成复杂三维（3D）形状细菌纤维素。利用失蜡法技术，制作了具有精细结构的、中空的多孔材料模具；结合细菌纤维素纤维在气液交界面合成的特点，在细菌培养界面引入中空的模具，利用中空模具内部的结构精确控制细菌纤维素纤维自组装，形成复杂3D形状的细菌纤维素。研究发现，失蜡法能够制造出结构复杂的、中空的多孔材料模具；该模具可以控制细菌纤维素纤维有序生长，形成耳朵、颈椎骨等复杂三维形状的细菌纤维素，该3D细菌纤维素有望进一步应用于器官移植的研究。
　　综上所述：本文结合微流控可以灵活、精确铸造微结构的技术优势，利用微流控制造常用的琼脂糖凝胶和PDMS硅胶材料，实现了微生物高通量筛选、高效固定以及细菌纤维素表面图案化和三维形状的生物制造。这些尝试为微生物的深度工程化应用提供了新的技术方法平台。