機(jī)械學(xué)院專欄《科苑·星壇》第四期準(zhǔn)時(shí)啟航！本期將為大家介紹張鵬飛教授。張教授在微流控液滴噴印、單細(xì)胞分選打印、體外多級(jí)微組織單細(xì)胞級(jí)制造等方面取得了多項(xiàng)成果。本期將為本科生提供“無(wú)標(biāo)記微滴智能分選噴印”小微項(xiàng)目。期待同學(xué)們的加入，在微觀世界中精準(zhǔn)構(gòu)筑生命與材料的未來(lái)！
01 個(gè)人簡(jiǎn)介
張鵬飛，北航機(jī)械學(xué)院微機(jī)電系統(tǒng)工程系教授，博導(dǎo)，國(guó)家級(jí)青年人才。于2012年7月和2017年7月分別獲得北京航空航天大學(xué)學(xué)士和博士學(xué)位，2017年11月至2022年9月在加州大學(xué)舊金山分校Abate實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究，2022年9月入職北航機(jī)械學(xué)院。主要從事微流控、單細(xì)胞打印技術(shù)和智能原位打印技術(shù)等研究，重點(diǎn)解決單細(xì)胞級(jí)制造和精準(zhǔn)原位制造等領(lǐng)域中的挑戰(zhàn)與難題。主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上/青年項(xiàng)目、科技委人才基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題和昌平區(qū)青年人才項(xiàng)目等項(xiàng)目。代表性研究成果以第一或通訊作者發(fā)表在Nature、Advanced Materials、Advanced Functional Materials和Trends in Biotechnology等高水平期刊上。曾提出并研發(fā)了微流控單細(xì)胞分選打印技術(shù)，入選2020年生物設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域高影響力文章；提出微流控單細(xì)胞微滴高速、多材料精準(zhǔn)噴印方法，多次入選微流控權(quán)威期刊Lab on a Chip封面，并受邀在Cell 系列Trends in Biotechnology撰寫微流控液滴打印前瞻綜述；首次提出及闡述單細(xì)胞級(jí)制造概念，入選權(quán)威期刊Advanced Functional Materials卷首圖重點(diǎn)推薦；發(fā)現(xiàn)并揭示豬籠草口緣液體連續(xù)定向輸送新現(xiàn)象，發(fā)表中國(guó)機(jī)械工程學(xué)科首篇Nature論文，在微創(chuàng)手術(shù)器械表界面濕滑仿生防粘理論及設(shè)計(jì)制造方面取得原始突破。
02 學(xué)術(shù)成果
1)微流控高精度液滴噴印技術(shù)
針對(duì)傳統(tǒng)液滴微流控打印精度低、材料單一等問(wèn)題，提出以超疏水限域液滴噴射方法，進(jìn)一步提升了液滴打印精度，實(shí)現(xiàn)了目前微流控液滴打印的最高精度3 μm；提出微流控芯片流道浸潤(rùn)圖案化工藝，實(shí)現(xiàn)微流控打印頭內(nèi)的多級(jí)乳液可控生成，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)與介電泳分選實(shí)現(xiàn)了空氣中的多材料乳液液滴按需分選打印（圖1）。
圖1 超浸潤(rùn)限域微滴噴射打印技術(shù)
2)單細(xì)胞分選高速高精打印技術(shù)
單細(xì)胞是人體組織器官的基本構(gòu)成單元，針對(duì)傳統(tǒng)生物打印技術(shù)不能穩(wěn)定可控打印單細(xì)胞的技術(shù)瓶頸，提出了微流控分選打印單細(xì)胞概念（圖2），發(fā)明了氣流中的單細(xì)胞介電泳分選技術(shù)，在毫米級(jí)微流控芯片上實(shí)現(xiàn)打印頭的設(shè)計(jì)制造，相較于傳統(tǒng)打印技術(shù)大幅度提高了單細(xì)胞打印位置精度和打印速度，打印精度達(dá)到10 μm，打印速度達(dá)到100 Hz。
圖2 微流控單細(xì)胞分選打印原理
3)體外多級(jí)微組織單細(xì)胞級(jí)制造
多細(xì)胞微組織能在體外模擬人體疾病，是高通量藥物篩選的理想載體。針對(duì)傳統(tǒng)細(xì)胞打印制造多細(xì)胞微組織均一性不足、可重復(fù)性差等問(wèn)題，建立逐細(xì)胞打印制造單細(xì)胞級(jí)細(xì)胞陣列、二維細(xì)胞圖案及三維異質(zhì)微組織的工藝方法，體外構(gòu)建了能夠模擬人體肝纖維化的微組織疾病模型，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)微組織的單細(xì)胞級(jí)精準(zhǔn)制造（圖3）。
圖3 單細(xì)胞級(jí)多級(jí)微組織逐細(xì)胞打印制造
03 項(xiàng)目介紹
1)項(xiàng)目簡(jiǎn)介
無(wú)標(biāo)記微滴智能分選噴印
微滴噴印技術(shù)在曲面圖形制造、微納結(jié)構(gòu)制造和生物分析等方面應(yīng)用廣泛?，F(xiàn)有微滴噴印技術(shù)在智能化、多材料等方面存在局限性。本項(xiàng)目旨在通過(guò)微尺度液滴噴射控制、多能場(chǎng)耦合行為調(diào)控和智能化的分選決策等實(shí)現(xiàn)無(wú)標(biāo)記高通量的智能微滴噴印，拓展微滴噴印的能力和應(yīng)用場(chǎng)景。
2)所需能力
微納制造基本知識(shí)
信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析
團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力
實(shí)驗(yàn)操作能力
3)相關(guān)事項(xiàng)
項(xiàng)目周期：6~12個(gè)月
所需人數(shù)：1~3名本科生
4)聯(lián)系方式
電子郵箱：zhangpf@buaa.edu.cn
04 老師寄語(yǔ)
希望同學(xué)們：
腳踏實(shí)地，學(xué)習(xí)知識(shí)
仰望星空，探索未來(lái)
興趣引路，走出特色
