基于硅藻的生物组装成形基础研究

通过控制本身材质机械强度较高的硅藻群体按照一定方式组装，"加工"出具有一定结构和功能的微器件，实现生物组装成形。该方法的特色是：成形素材不是以往简单细胞微粒或生物质微粒，而是具有复杂形体与亚结构及SiO2材质的硅藻群体，采用Bottom-Up构形方式（自下而上方式），经组装成形后，可以"加工"出规模大、维数高的复杂微纳结构，从而导致微纳结构新的性能演变规律，并将生物单体成形研究阶段推向了生物群体复杂构形研究新阶段，对提升生物加工成形的学科地位和扩大其应用领域具有重要的理论意义和应用价值。技术关键是硅藻组装成形的控制方法，目标是通过硅藻群体组装成形方法制备出复杂微纳结构，用于制作缓湿生物芯片或者缓释表面，进一步拓展生物加工技术体系。

大量生物具有现有加工工艺较难加工出的微纳米结构，而生物加工成形方法，就是直接利用这些微生物形体，制作具有一定结构和功能的微器件。本课题通过控制本身材质机械强度较高的硅藻群体按照一定方式组装，“加工”出功能微器件，实现生物组装成形。该方法的特色是：成形素材不是以往简单细胞微粒或生物质微粒，而是具有复杂形体与亚结构及SiO2材质的硅藻群体，采用Bottom-Up构形方式（自下而上方式）。课题组从机械角度对硅藻的材质和结构进行了分类；通过对硅藻的特种培养，得到了具有特定形貌的硅藻群体；同时提出了多种基于硅藻的单层阵列化、密排组装，多层阵列化组装等工艺方法；得到了基于硅藻的阵列化荧光吸附检测生物芯片，其荧光检测效果较传统生物芯片精确度提高3倍以上。因此，通过生物组装成形加工出的规模大、维数高的复杂微纳结构，导致了微纳结构新的性能演变规律，并将生物单体成形研究阶段推向了生物群体复杂构形研究新阶段，对提升生物加工成形的学科地位和扩大其应用领域具有重要的理论意义和应用价值。