微生物学的核心准则之一是微生物细胞的大小及其与环境作用的有效距离在微米量级。因此，利用新的分析化学和微流控技术手段来提高微生物学研究的时空分辨率，在微尺度上进行分析微生物学研究具有重要意义。本课题组致力于建立微生物学”芯片实验室”，通过微分离培养、单细胞分选、单细胞基因组学等新技术，分析微生物的多样性和功能，以及微生物在生态环境、感染疾病中的作用，推动微生物在资源挖掘、生物智造、基因诊断、生物安全等领域的应用。

研究涉及微生物学、合成生物学、微流控学、生物工程、仪器工程、医学检验等多学科交叉。研究利用微流控液滴技术实现高通量的微生物单细胞分离和筛选：包括开发自动化的装置和芯片，实现大规模的单细胞分离、培养、互作和测序，致力于环境不可培养微生物资源培养、稀有物种和极端微生物获取、潜在产酶和产活性代谢物功能菌株筛选和评价、复杂微生物群落生态功能和进化研究等。此外，我们将针对临床精准诊断和生物安全现场快速检测等开展应用技术研发，推动微流控技术的产业化应用。

近期开展的课题包括：

1.    微生物单细胞分离、培养和高通量分选：利用液滴微流控技术平台在单细胞水平对环境和富集培养样品中的功能菌进行高通量分选、培养和分析，加快微生物资源的收集挖掘和评估。

2.    不可培养微生物单细胞测序：结合流式细胞分选（FACS）和纳升体积单细胞基因组扩增技术，实现环境中未培养功能微生物菌群的单细胞基因组测序和功能分析。

3.    数字PCR技术方法开发和应用：自主研制基于振动微滴发生技术(OsciDrop) 的一体化、自动化数字PCR平台，用于临床微生物（细菌，真菌，病毒等）快速高灵敏多重多靶点检测。

4.    病原微生物分离、鉴定和耐药分析：基于微流控的临床样品病原微生物分离和分子鉴定，以及病原菌的药物敏感性定量分析。

Low-cost digital nucleic acids amplification for precision diagnostics (Xu, Anal Chem, 2016; Hu & Xu, Anal Chem. 2017)

High-throughput single-cell functional screening by fluorescence activated droplet sorting (Qiao, Lab Chip 2018)

High-throughput single cell cultivation from microbial communities (Jiang & Dong, AEM, 2016)