编辑推荐：
这篇综述聚焦于电活性细菌，介绍了流体力显微镜（FluidFM）这一结合扫描探针显微镜与纳米流体技术的新方法。它能在纳米尺度研究微生物与表面的电化学相互作用，弥补传统技术不足，为生物能量学等研究开辟新方向，值得关注。
引言
电活性细菌（exoelectrogens），又称外排电子菌，是一类独特的微生物，能够通过细胞膜进行电荷交换。目前虽已报道 94 种电活性物种，但被深入研究的仅有少数，如脱硫弧菌（Geobacter sulfurreducens）和希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）。
电活性细菌在生物能量学领域应用广泛，尤其是微生物燃料电池（MFCs）和细菌基超级电容器的开发。为确保这些基于微生物的电化学技术发挥最佳性能，需保证细菌与电极表面间高效的电子转移。
传统提升胞外电子转移效率的方法众多，包括电极修饰、使用电子穿梭体和介质，还可借助增材制造、纳米技术、基因工程或人工智能进一步增强效果。评估这些方法的效率，常用电化学技术，像循环伏安法、差分脉冲伏安法、方波伏安法、计时电流法、电化学阻抗谱和电重量法等。不过，这些技术只能测量微生物群落的整体反应，无法阐明单个细胞的行为。
流体力显微镜（FluidFM）是扫描探针显微镜（SPM）与纳米流体技术相结合的新兴技术，能够研究单个细胞的性能，洞察电活性细菌、其生物膜与表面在纳米尺度的复杂相互作用，填补了这一研究空白。本综述旨在展示 FluidFM 在电微生物学领域的广泛应用潜力，介绍利用该技术的前沿研究实例。
局部电化学研究
从宏观到纳米尺度分析电活性细菌的研究路径，随着局部电化学技术的发展得以开启，这些技术包括扫描振动电极技术、局部电化学阻抗谱、扫描开尔文探针、扫描离子选择电极技术和扫描液滴电池技术等。其中，扫描电化学显微镜（SECM）是目前应用最广泛的技术。
纳米流体方法
原子力显微镜 - 扫描电化学显微镜（AFM - SECM）虽在静态条件下分析细胞行为有用，但在流动条件下适用性有限，而流动条件对于理解复杂动态的细菌群落至关重要。纳米流体平台则可解决这一问题，其能研究细菌在动态条件下与表面的相互作用。
FluidFM 于 2009 年发明，基于在扫描探针显微镜中引入孔径在 300nm 至 8μm 之间的微通道，在研究细菌与表面的相互作用方面有独特优势。
电化学纳米流体
FluidFM 几乎能与任何扫描探针显微镜方法相结合，如导电原子力显微镜、电化学原子力显微镜、扫描离子电导显微镜等，这为电化学纳米流体领域开展广泛、全面的研究提供了契机。
通过局部施加含有特定溶液的液滴，并伴随局部电场应用，电化学纳米流体平台非常适合研究表面相关现象。例如，其可用于探究细胞粘附机制，同时研究活体物质的机械和电性能，解答一些基本现象的机理问题。
总结与展望
FluidFM 虽仅问世 15 年，但已成为纳米尺度分析和修饰活体物质的有力工具。将纳米流体技术与扫描探针显微镜中的电化学技术相结合，优势明显，能同时研究活体物质的机械和电性能，有助于解决细胞粘附等基本现象的机理问题。未来，FluidFM 有望在电微生物学领域发挥更大作用，推动对生物膜内复杂过程在纳米尺度的深入理解，为生物能量学等相关领域的发展提供更坚实的理论和技术支持。
资助
本研究由波兰国家科学中心 [Preludium Bis - 2021/43/O/ST5/02623] 和西里西亚工业大学 [31/160/RGJ25/0277] 资助。为实现开放获取，作者对本投稿产生的任何作者已接受稿件（AAM）版本应用了 CC BY 公共版权许可。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报道工作的财务利益冲突或个人关系。
