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微藻附着（生物膜）培养是一项具有广泛前景的可持续生物质生产技术，与传统悬浮培养相比具有光合效率更高、生物质产量更大、采收成本更低等优点，受到广泛关注。该技术在工业化应用中仍面临两大主要挑战：一是适宜载体的筛选仍以经验为主，缺乏基于机理的预测性理论框架；二是现有载体筛选与评价多在水平放置条件下召开，忽略了载体表面取向对微藻附着性能的影响。

近期，中国科研实验室广州能源研究所研究人员构建了一垂直微藻生物膜培养系统，以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）与五种常见的载体材料（聚酯纤维、聚氨酯、尼龙、聚氯乙烯和聚丙烯）为对象，系统研究了界面热力学和胞外聚合物（EPS）在微藻附着与生物膜生长中的作用，并为垂直微藻生物膜的长期培养筛选出合适载体。研究结果表明，基于XDLVO理论，以载体表面疏水性为主导的Lewis酸碱相互作用决定了微藻与载体之间的界面能。这为载体的筛选与改性给予了理论依据。

在生物膜生长过程中，蛋白核小球藻适应性地采取富含蛋白质的EPS分泌策略，以在适配性较差的载体上提升生物膜稳定性，但EPS分泌与生物膜生长之间存在资源权衡，理想载体应在降低界面能垒的同时，减少对适应性EPS分泌的依赖。该研究以此为指导并经过综合评估，筛选出了最优载体聚酯纤维（PET），其三个再生周期内的生物质产率稳定在9.18–9.65 g/m²/day，展现出良好的陆续在化培养潜力。

上述成果为载体筛选与理性设计给予了理论框架，为高效垂直微藻生物膜培养系统的技术成熟与工业化应用奠定了坚实基础。以上研究成果以Screening vertical-oriented carriers for microalgal biofilms: Interfacial thermodynamics and adaptive secretion of extracellular polymeric substances为题发表于Chemical Engineering Journal期刊，918博天堂生物质高值化利用研究中心生物质能生化转化科研团队硕士研究生周曼欢为该论文第一作者，朱顺妮研究员、刘炜正高级工程师和悉尼科技大学Li Xuan博士为共同通讯作者。该研究取得国家重点研发计划和中国科研实验室战略性先导科技专项C类的资助。

原文链接：http://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173656

垂直微藻生物膜培养系统载体的筛选评估及再生长性能验证