微生物是地球上物种和基因多样性最丰富的生命形式，主导碳、氮、硫等生物地球元素循环，在生物制造、医疗健康和环境治理中发挥着核心作用。传统微生物学研究长期受限于培养条件与环境模拟能力，大量稀有和不可培养微生物仍处于“黑箱”。本课题组聚焦“培养—诊断—筛选”三大瓶颈，致力于发展微流控与单细胞测量新技术，构建从精准操控到功能解析与应用转化的全链条研究平台。

近年来，课题组在多个方向取得进展：通过液滴阵列培养与宿主共培养策略，首次分离昆虫来源候选门TM7i并解析其菌毛介导的共生机制；建立纳升级液滴单细胞基因组扩增与测序流程，实现深海沉积物等复杂样品中未培养微生物的基因组解析；提出振动微滴（OsciDrop）与阶梯乳化方法，研发数字PCR与新型超多重定量分子诊断技术，推动国产数字PCR产品转化并进入科研与临床应用；发展单细胞荧光分选平台，构建高通量塑料降解功能菌与新型酶筛选体系。这些成果推动了微流控技术的原创性突破与产业化落地，提升了我国在病原精准诊断与微生物资源挖掘领域的国际影响力。

近期开展的课题包括：

1. 单细胞分离与培养：发展液滴微流控和自动化装置，实现稀有及不可培养微生物的分离与培养。

2. 单细胞微生物组学：建立纳升液滴测序流程，解析极端环境和人体样品中未培养微生物的基因组与功能。

3. 病原分子诊断：研发新一代数字PCR与分子POCT检测平台，实现临床病原快速、高灵敏和多重检测。

4. 功能筛选与生物制造：构建单细胞高通量酶和纳米抗体单细胞筛选平台，并结合人工智能指导的定向进化，实现高效优化与应用转化。