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摘要微反应器技术可显著提高酶反应速率和选择性，已发展成为生物催化与转化过程强化的重要手段。然而，在微通道反应器中，采用游离酶催化时因底物溶解度低、产物抑制严重且成本过高而难以工业化，同时由于缺少细胞微环境易失活导致催化效率降低。由此，本文提出在微通道反应器中，构建温敏材料修饰通道表面的固定化酶反应器和表达糖苷酶基因的重组大肠杆菌生物被膜反应器，分析离子液体/低共熔剂对细胞通透性的作用机制，以生物转化芦丁定向合成异槲皮苷为模式体系，探究微尺度下生物催化的强化规律。主要研究结果如下：<br>　　（1）设计温控响应的微通道固定化酶反应器，利用温敏材料光图案化修饰微通道表面，单位面积酶量达0.31 g/cm2,反应仅需5 min产率高达93.35%，微通道表面可逆释放酶的固定温度区间为20-25℃和40-45℃。酶释放效率为93.63%，提高了固定化酶在微反应器中的利用度。与间歇反应器相比，反应时间骤减至1/12，单位时间单位酶量催化产率(g/h/g)增加2.1倍。重复使用6次后，相对酶活仍保持在56%以上。这些结果表明微通道表面温敏材料固定化酶与底物的亲和力及酶活的稳定性得到增强。<br>　　（2）探索离子液体/低共熔剂对重组菌株Escherichia coli BL21-pET21a-rhaB1细胞通透性的作用机制。分别选用5种离子液体和5种低共溶剂以不同方式处理菌株，其中6%（v/v）氯化胆碱/尿素（ChCl/U）可以改善细胞膜的通透性并显示出良好的生物相容性，产率（93.0%）提高了32.8%。与细胞破碎后粗酶液相比，催化反应时间缩短了4/5，底物浓度提升4倍，pH 6.5与反应温度40℃时催化活性相对稳定。全细胞催化剂重复利用5次，产率仍然维持在50%以上。<br>　　（3）研究硅烷试剂修饰的微通道表面静态定植重组大肠杆菌Escherichia coliBL21-pET21a-rhaB1，“空气/含纳米材料的培养液”分段流调控微通道内重组菌膜的生长过程，实现重组菌株在微通道内快速形成结构稳定且有序生长的菌膜。石墨烯纳米材料对菌膜生长总量抑制率最低为3.2%，菌膜稳定时间为20 h，比常规方法时间缩短了33.3%。空气/水溶液等流速为45μL/min，生长温度为32℃，环境pH为7.0。<br>　　（4）首次提出微流控重组菌株菌膜用于天然产物的糖基定向改造。在分段流微通道反应器内培养制备了Escherichia coli BL21-pET21a-rhaB1重组菌株菌膜催化剂，探究了生物被膜的结构与催化性能之间的相关规律。当空气(氧气)流速增加3倍，菌膜生物量增加了50%，菌膜催化合成异槲皮苷产率增加1.92倍。当底物浓度0.01 g/L、反应温度35℃时，产物得率可达1.12μg/Ltube/d，表明菌膜作为“活的催化剂”具有良好的形态稳定性和催化性能。<br>　　因此，温敏材料修饰的微通道表面固定化酶反应器及微流控重组大肠杆菌生物被膜反应器具备间歇反应器所无法比拟的过程强化优势，大大提高生物催化剂的重复利用度，为微流控生物合成珍稀天然产物提供了新的思路。