报告题目：微米级磁控人造纤毛的优化设计与驱动及其多功能应用

报告时间：2023年3月30日（星期四）8：30-9：30

报告地点：机械馆J3

报告形式：线下

报告人：张帅重

报告人简介：

张帅重博士于2019年在荷兰埃因霍芬理工大学机械工程专业（QS 36）获得博士学位，2021年以洪堡学者身份就职于德国马普所智能系统研究所，具有7年多海外知名高校和科研单位学习及工作经历，先后在微流控及人造纤毛领域专家Jaap den Toonder教授（h-index 48）和Patrick Onck教授（h-index 54）以及国际著名磁控软体机器人领军人Metin Sitti教授（IEEE会士，h-index 111）课题组开展国际前沿研究工作，承担德国洪堡基金（Alexander von Humboldt Fellowship）、以核心成员参与项目经费约2100万元的欧盟研究委员高级研究人员基金（ERC Advanced Grant）项目等科研项目，在仿生人造纤毛、微纳功能结构设计制造与控制、微流控技术和微型软体机器人等新兴领域进行了扎实研究，取得了一系列突出的研究成果。近五年在微纳功能结构和微流控等领域国际知名期刊上发表SCI论文13篇，其中第一作者论文9篇，中科院一区top期刊7篇，包括1篇Science Advances（IF 14.957，Science子刊），1篇Advanced Functional Materials（IF 19.924，先进结构材料学顶刊），1篇ACS Nano（IF 18.027，纳米技术学顶刊），1篇Lab on a Chip（IF 7.517，微流控领域顶刊），2篇ACS Applied Materials & Interfaces（IF 10.383，仿生界面学权威期刊），1篇Sensors and Actuators B: Chemical（IF 9.221，传感与驱动领域权威期刊）；参加国际会议10余次，两次获得微流控流域国际顶级会议µTAS旅行奖(Top 5%)；受邀担任SCI期刊Micromachines客座编辑，ACS Applied Materials & interfaces, Sensors and Actuators B: Chemical，iScience（Cell子刊）等SCI期刊特邀审稿人。

报告内容简介：

自然界中，纤毛是长约十微米的一种多功能细胞外器官，广泛分布于自然界以及人体内。其在操控流体以及颗粒方面性能优越，例如草履虫和珊瑚等水生生物表面的纤毛可以高效地进行浮游、捕食和自清洁等活动，覆盖在气管及呼吸道内壁的纤毛可将粘液和杂质颗粒及病原体排出体外，女性输卵管内的纤毛将受精卵顺利泵送到子宫。受此启发，围绕微米级磁控人造纤毛的优化设计与驱动及其多功能应用展开前沿研究。具体研究工作包括以下三部分：（1）基于磁控人造纤毛易磁化方向与外加时变磁场方向时刻保持一致的特性，提出了通过施加旋转或周期分布但不均匀磁场来控制磁控人造纤毛驱动模式的设计理论和方法；实现了微米级磁控人造纤毛在直立圆锥运动、倾向圆锥运动以及仿生异时传输波式运动等不同驱动模式的精确调控；首次实现定向强流场、脉动型流场以及交变式流场等多种微流场的精确泵送，研制出芯片级多功能微泵。（2）基于磁性微颗粒可沿外加磁场方向规则排列的力学响应特性，提出并建立了在制造过程中施加特定磁场来控制微米级磁控人造纤毛可编程性的设计理论和方法；研制出可攀爬任意坡度（0°-180°）及运载超过自身重量10倍货物的快速载物微型攀爬机器人；实现了磁控人造纤毛在1µm尺寸下任意相位差的高度可编程化，达到了定向强流场和混合型流场等多功能微流场的高度可编程化。（3）设计并搭建了磁控人造纤毛泵送微流体及操控细胞和微颗粒的实验平台，建立了基于MATLAB程序的图像量化分析算法；利用高速摄影技术并结合有限元仿真模拟，揭示了磁控人造纤毛泵送微流体及操控微颗粒的力学机理；首次实现了近100%的快速自清洁及持久（大于一个月）抗污，以及单个微粒在气液双环境下多尺度（介于1-2倍纤毛间距）、快速可控传送；建立了人造纤毛多功能集成化设计原理。这为推动人造纤毛向微流控、生物医药、生命健康等实际应用的研究提供了新思路。

机械工程学院

2023年3月27日