生物膜是微生物聚集在界面上形成的膜状群落，菌体被自身分泌的胞外聚合物包裹，仿佛一座微观城堡，构成生命活动的边界，它不是简单的细菌堆积，而具有立体结构和分工协作，能抵御抗生素、消毒剂及免疫清除，是微生物重要的生存策略，生物膜广泛存在于自然、管道和医疗器械表面，既参与物质循环，也与慢性感染和生物污损密切相关。
在生命科学中，“生物膜”这个词至少有两副面孔，它既指包裹细胞、划分功能区域的脂质薄膜，也指微生物聚集在一起形成的膜状群落，前者是生命活动的物理边界，后者是微生物协作构建的微观城堡，二者都深刻影响着生命的运行,也深刻影响着人类的健康与技术。
作为生命边界的生物膜
每一个活细胞，无论来自细菌、植物还是人类，都被一层生物膜包裹，这层膜主要由磷脂双分子层构成，磷脂分子亲水的头部朝外，疏水的尾部朝内，形成一种稳定而流动的结构，膜上还镶嵌着各种蛋白质，有的负责运输物质，有的负责接收信号,有的充当酶催化反应。
1972年，科学家辛格和尼科尔森提出“流动镶嵌模型”，至今仍是理解细胞膜结构的基本框架，生物膜并非静止的袋子，而是不断流动、变形、融合和分裂的动态系统，它把细胞内部与外界隔开，维持细胞内环境的稳定；它又通过选择性通透，让营养物质进入、代谢废物排出，细胞器膜则进一步在细胞内部划分出不同“车间”，让线粒体、叶绿体、内质网等结构各司其职。
可以说，没有生物膜，就没有独立的生命单位,它是生命最古老也最基础的分界线。
作为微生物群落的生物膜
“生物膜”的另一种常见含义，在微生物学中尤其重要，它指的并不是细胞膜，而是微生物附着在表面后，分泌胞外聚合物形成的膜状聚集体，牙菌斑是每个人都能接触到的例子：牙齿表面滑腻的膜层,就是大量细菌在口腔中构建的生物膜。
生物膜的形成通常分为几个阶段：游离的细菌先附着到固体表面，随后大量增殖并分泌多糖、蛋白质、脂质和胞外DNA，把自己包裹在一层黏稠的基质中，这层基质像混凝土一样把微生物固定在表面，内部形成通道，可以输送养分、水和信号分子，菌群在其中并不是简单堆叠，而是通过“群体感应”协调行为，分工合作,如同一座微观城市。
生物膜给人类带来不少麻烦，它能在医疗器械、管道、隐形眼镜和伤口表面形成，极难清除，更棘手的是，生物膜中的细菌对抗生素和消毒剂的耐受性远高于游离细菌，原因包括胞外基质的屏障作用、膜内细菌代谢减缓、持久菌的存在以及耐药基因的水平转移等，许多慢性感染，如慢性中耳炎、囊性纤维化患者的肺部感染、慢性皮肤溃疡,都与生物膜密切相关。
生物膜的启示与应用
虽然微生物生物膜常常是麻烦制造者，但它也有可利用的一面，在污水处理中，生物膜反应器利用微生物膜降解有机污染物，效率高且稳定，在土壤和河流生态系统中，生物膜是物质循环的重要推动者，科学家还从生物膜结构中获取灵感，开发抗菌涂层、抗黏附材料,或寻找干扰群体感应信号的新型药物。
对细胞生物膜的研究推动了现代医学和生物技术的许多进展，脂质体药物递送系统就是模仿生物膜结构，将药物包裹在人工磷脂双分子层中，提高靶向性和安全性，膜蛋白研究、神经信号传导、免疫识别等,也都离不开对生物膜的理解。
边界与共同体
生物膜的两种含义，恰好对应生命的两种策略：一种是划定边界，保持个体性；一种是打破边界，形成共同体，细胞膜让单细胞生物得以独立生存,而微生物生物膜则让无数单细胞个体组织成具有群体优势的结构。
理解生物膜，意味着理解生命如何划定自我与世界，也意味着理解微观世界中合作与防御的智慧，在医学、环境、材料和农业等领域，人类与生物膜的博弈和合作仍将继续，或许有一天，我们既能更精准地拆除有害的生物膜城堡，也能更巧妙地利用生物膜的力量,服务于人与自然的共生。