在溶液中,电场与带电微粒之间存在复杂的相互作用。细菌和微纳气泡是两大类在自然界、日常生活和工业生产中极为常见和重要的带电微粒。它们具有各自的运动规律,且在溶液中稳定存在。常见的表征手段通常只能从宏观尺度上评估大量微粒受电场的影响。我们基于课题组自建的三维实时光学成像工具—数字全息显微镜（Digital Holographic Microscopy,DHM）及三维追踪算法,探究了铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa,PAO1）和微纳气泡这两类处于相近微观尺度且易受到外界干扰的微粒体系在电场扰动下的个体三维行为。其中,对于PAO1,我们利用DHM,结合表征细菌分子机制的RNA测序技术（RNA seq）,揭示了阴极直流电场通电时间与强度对近界面细菌个体行为及表面脱附的影响。而对于微纳气泡,电极表面极化方向和电场强度与表面附近气泡的尺寸分布及运动存在显著关联,可影响其在溶液中的稳定性。本论文的主要内容如下:（1）基于DHM,我们观测了短时长直流电场下铜绿假单胞菌PAO1在阴极表面附近的三维运动行为和粘附情况。结果表明,数分钟的阴极电刺激即可引发已粘附于表面的PAO1的脱附（电压2.5 V,脱附比例40-50%）。有趣的是,当阴极极化时长小于或等于10 min时,脱附主要发生在撤去电场后,持续10 min左右终止。同时,在通电的初始阶段（0-5 min）,受限运动细菌的比例明显增大,表示更多细菌过渡到不可逆粘附状态,导致粘附量增加。RNA seq结果表明施加电场引起与细菌粘附、运动性相关的Dgc M基因的上调和Csr A基因的下调,同时与细菌运动性有关的Rhl B基因下调,证实细菌对电场产生主动响应,其表现为“轻弹”（flick）行为增多、三维速度衰减以及摇晃运动（oscillating motion）的抑制。而断电之后,细菌的摇晃逐渐变得剧烈,导致脱附的发生。当阴极极化时间长达20 min时,和Psl多糖生物合成相关的5个基因（Psl B,Psl G,Psl H,Psl L）均显著上调,反而不利于细菌的脱附。（2）使用DHM追踪了利用醇水混合法制备的微纳气泡在直流电场下的三维行为,包括尺寸分布、三维运动模式、空间密度分布等。我们发现微纳气泡的尺寸分布受电场强度和分布的影响。相较不通电时,阳极附近微纳气泡的平均尺寸（1μm）未有显著变化,阴极附近微纳气泡的平均尺寸则增大21-24%。电压小于2.5 V时,微纳气泡的速度和运动模式几乎不发生变化,而3 V阴极电场则使呈超扩散运动（superdiffusive motion）的微纳气泡百分比提高约15%。同时,阳极电场对微纳气泡在近界面的分布影响甚微,可能的原因是气泡个体间的排斥力阻碍了其向表面靠近;但是阴极电场可显著降低微纳气泡在阴极附近的密度,且电场强度越大作用越明显。综上所述,借助数字全息显微镜三维实时追踪的功能,我们对铜绿假单胞菌PAO1和微纳气泡在直流电场下的个体三维行为进行了定量研究。结果表明:铜绿假单胞菌的粘附与脱附依赖于阴极电刺激时长,通电时长对细菌的影响是复杂的;而微纳气泡的尺寸和密度分布则受到直流电场极化方向和强度的影响。本论文定量揭示了电场对微粒的相互作用和三维行为的影响,可为设计基于电场的节能、高效的抗菌防污手段提供启示。