人类社会即将面临能源危机和环境污染等困境,希瓦氏菌污染治理和绿色能源方面表现出巨大的潜力,因而获得到了广泛关注并掀起了研究热潮。然而,过去的研究主要集中于群体水平至生物膜水平,不易探究精确的机理。直至2010年,基于单细菌或若干细菌(下文简称为细菌层次)的多项精彩工作发表,希瓦氏菌的两种电子传递机制获得证明,这些工作的成功基于微纳技术的引入。因此,希瓦氏菌细菌层次上的深入探究及定量检测也需依赖于微纳技术和微流控技术。微流体技术因其众多优势已经被广泛应用于分析化学、生命科学、药学及环境科学中,然而在微流体平台上进行的原核细胞研究还处于起步阶段,因原核细胞形状差异大、尺寸较小(亚微米级别)、无规则自由运动等特点使得相关研究进展困难。本文将研究对象聚焦于原核生物中具有特色的电化学活性菌的代表希瓦氏菌,目标是实现希瓦氏菌在细菌层次的快速有效且无标记的定量检测,以支持后续进一步地探究。实现希瓦氏菌在细菌层次的检测前提是制备细菌层次的样品,而这种样品制备也只能借助于微纳技术及微流体相关技术。考虑到微流体芯片具有微型化与集成化两大特征,本文的思路是先开发微型化的单元模块,主要为细菌层次样品制备的操控模块及相关的检测模块,然后借助于开发这些单元模块的经验,制作集成化的微流体芯片,实现希瓦氏菌细菌层次的操控及检测。希瓦氏菌操控模块的章节中,先后研制了三种操控基底,分别为被动操控的微结构阵列、侧壁微电极的介电泳主动操控及非接触式微电极的主动操控。这些操控模块均能实现快速高通量无标记的希瓦氏菌操控,其中被动微结构阵列无法提供稳定的固定。本章也同时提出了希瓦氏菌的介电泳操控模型,建立了完整的操控体系。三种操控模块的研制为后续微流体中操控模块的开发与集成提供了基础及经验。希瓦氏菌检测模块的章节中,针对研究对象希瓦氏菌,开发了微流体中的光及电信号相关的检测模块。光学模块以聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)膜为核心,以内锁结构的接口为配件,开发了一体成型工艺制作PDMS微流体,支持在线监测微流体通道并提升了通道中获取希瓦氏菌精确信息的可能性。电学模块中为下游的希瓦氏菌检测制作了大面积的双层电极基底,采用了测量电极-聚甲基丙烯酸甲酷(Polymethylmethacrylate,PMMA)绝缘层-介电泳操控电极三层结构的设计。同时也提出了微流体漏液模型和解决方案。最后,以单元模块开发积累的经验,设计制造了集成了介电泳捕获、荧光检测、拉曼检测的微流体平台,用于希瓦氏菌在细菌层次上样品制备和检测,实现了快速有效无标记可计数的希瓦氏菌的定量捕获及检测。借助于模拟分析,我们对介电泳操控电极进行优化,设计了有微阱结构的钝化层,能够与微流体平台的其它部分协同,实现三点功能,即重排电场分布、确定捕获区及测量区。微阱中被捕获固定的希瓦氏菌可进行精确的数目统计,结果表明捕获的希瓦氏菌数目及尺寸与微阱尺寸相关。最后对捕获的希瓦氏菌进行了初步的拉曼光谱检测,验证了微流体芯片同时具有样品检测的功能。