機(jī)械學(xué)院專欄《科苑·星壇》第九期準(zhǔn)時(shí)啟航！本期將為大家介紹郝壯老師。郝老師在智能仿生石墨烯FET芯片、集成化生物微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、柔性電子皮膚等方面取得了多項(xiàng)成果。本期將為本科生提供“石墨烯FET芯片高分子納米保護(hù)層構(gòu)建與抗干擾有效性驗(yàn)證”小微項(xiàng)目。期待同學(xué)們的加入，感受微納米尺度電子芯片在醫(yī)學(xué)臨檢領(lǐng)域應(yīng)用的學(xué)科交叉之美！
01個(gè)人簡(jiǎn)介
郝壯，中共黨員，北京航空航天大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師，哈爾濱工業(yè)大學(xué)與美國(guó)哥倫比亞大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士，國(guó)家級(jí)“博新計(jì)劃”入選者、國(guó)家級(jí)一流本科生課主講教師、小米青年學(xué)者、北航青年拔尖人才，中國(guó)微米納米學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員。主要從事智能仿生柔性傳感技術(shù)、生物微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與加工、功能化表面制備等研究。在Science Advances、Advanced Functional Materials、ACS Nano及Small等高水平SCI期刊發(fā)表論文30余篇，申請(qǐng)國(guó)家/國(guó)際專利6項(xiàng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、軍事航天部隊(duì)聯(lián)合項(xiàng)目等課題10余項(xiàng)。擔(dān)任Journal of Functional Biomaterials、Frontiers in Chemistry、Applied Sciences和Sensors等知名SCI期刊客座編輯。
02學(xué)術(shù)成果
（1）基于DNA探針-靶分子親和反應(yīng)的石墨烯FET芯片傳感機(jī)理
提出了DNA-靶分子間親和性結(jié)合導(dǎo)致DNA探針二級(jí)構(gòu)型變化的預(yù)測(cè)模型，利用“靜電感應(yīng)”理論解釋了石墨烯的固-液接觸表面電荷分布變化對(duì)石墨烯內(nèi)部載流子數(shù)量變化的影響機(jī)制。建立了內(nèi)部電流與載流子數(shù)量之間的定量關(guān)系，結(jié)合希爾方程，給出了蛋白分子濃度c與可測(cè)電流信號(hào)ΔI(c)之間的數(shù)學(xué)模型。
圖1 石墨烯FET芯片傳感機(jī)理及性能優(yōu)化設(shè)計(jì)
（2）抵抗動(dòng)態(tài)曲率變化的Origami柔性石墨烯FET芯片設(shè)計(jì)方法
實(shí)驗(yàn)研究了應(yīng)變導(dǎo)致的石墨烯晶體結(jié)構(gòu)畸變對(duì)其內(nèi)部可移動(dòng)載流子濃度的影響規(guī)律，通過(guò)對(duì)石墨烯電子學(xué)參數(shù)的理論研究，建立石墨烯載流子遷移率計(jì)算方法的數(shù)學(xué)模型?；谙嚓P(guān)研究，提出了一種Origami柔性芯片設(shè)計(jì)方法，通過(guò)預(yù)拉伸-Origami折紙結(jié)構(gòu)的保護(hù)，使材料晶格在動(dòng)態(tài)拉-縮過(guò)程中保持穩(wěn)定，測(cè)量獲得的電學(xué)信號(hào)波動(dòng)可以有效控制在5%以下。
圖2 柔性石墨烯FET芯片可穿戴設(shè)計(jì)及其機(jī)械性能探究
（3）智能石墨烯FET傳感芯片便攜式/穿戴式集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)
對(duì)石墨烯FET芯片進(jìn)行柔性優(yōu)化設(shè)計(jì)并集成Janus功能網(wǎng)膜，開(kāi)發(fā)出一種汗液成分在線分析智能傳感貼片。該貼片實(shí)現(xiàn)了人體汗液的自動(dòng)收集、過(guò)濾，并通過(guò)酶探針石墨烯FET芯片及智能集成電子系統(tǒng)對(duì)汗液成分如乳酸等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)佩戴者體能消耗狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。
圖3 石墨烯FET芯片智能微系統(tǒng)集成與臨床測(cè)試
03項(xiàng)目介紹
1）項(xiàng)目簡(jiǎn)介
石墨烯FET芯片高分子納米保護(hù)層構(gòu)建與抗干擾有效性驗(yàn)證
石墨烯FET傳感芯片是一種表面型傳感器，其檢測(cè)原理主要依靠石墨烯表面在液下的電荷變化感知能力，然而真實(shí)的生理樣本中存在較多干擾性分子會(huì)在石墨烯表面造成非特異性吸附進(jìn)而導(dǎo)致傳感器失效。本項(xiàng)目通過(guò)在石墨烯表面構(gòu)建納米尺度高分子抗干擾層，消除非特異性吸附從而增強(qiáng)傳感器的液下穩(wěn)定性。
2）所需能力
?基本的生物化學(xué)、電子學(xué)知識(shí)
?較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
?良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力
3）相關(guān)事項(xiàng)
?項(xiàng)目周期：6~9個(gè)月
?所需人數(shù)：2~3人
4）聯(lián)系方式
zhuanghao@buaa.edu.cn
04老師寄語(yǔ)
愿同學(xué)們：
保持對(duì)未知的好奇
同時(shí)也要學(xué)會(huì)將好奇轉(zhuǎn)化為可持續(xù)的探索
珍惜實(shí)驗(yàn)中每一次“不完美”的嘗試
失敗是成功之母
謹(jǐn)記：
天賦如溪流，終有盡時(shí)
努力似滴水，可穿石入海
