机械学院专栏《科苑·星坛》第九期准时启航！本期将为大家介绍郝壮老师。郝老师在智能仿生石墨烯FET芯片、集成化生物微机电系统开发、柔性电子皮肤等方面取得了多项成果。本期将为本科生提供“石墨烯FET芯片高分子纳米保护层构建与抗干扰有效性验证”小微项目。期待同学们的加入，感受微纳米尺度电子芯片在医学临检领域应用的学科交叉之美！

 

01个人简介

郝壮，中共党员，北京航空航天大学副教授、博士生导师，哈尔滨工业大学与美国哥伦比亚大学联合培养博士，国家级“博新计划”入选者、国家级一流本科生课主讲教师、小米青年学者、北航青年拔尖人才，中国微米纳米学会高级会员。主要从事智能仿生柔性传感技术、生物微机电系统设计与加工、功能化表面制备等研究。在Science Advances、Advanced Functional Materials、ACS Nano及Small等高水平SCI期刊发表论文30余篇，申请国家/国际专利6项。主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务费、军事航天部队联合项目等课题10余项。担任Journal of Functional Biomaterials、Frontiers in Chemistry、Applied Sciences和Sensors等知名SCI期刊客座编辑。

 

02学术成果

（1）基于DNA探针-靶分子亲和反应的石墨烯FET芯片传感机理

提出了DNA-靶分子间亲和性结合导致DNA探针二级构型变化的预测模型，利用“静电感应”理论解释了石墨烯的固-液接触表面电荷分布变化对石墨烯内部载流子数量变化的影响机制。建立了内部电流与载流子数量之间的定量关系，结合希尔方程，给出了蛋白分子浓度c与可测电流信号ΔI(c)之间的数学模型。

 

图1 石墨烯FET芯片传感机理及性能优化设计

（2）抵抗动态曲率变化的Origami柔性石墨烯FET芯片设计方法

实验研究了应变导致的石墨烯晶体结构畸变对其内部可移动载流子浓度的影响规律，通过对石墨烯电子学参数的理论研究，建立石墨烯载流子迁移率计算方法的数学模型。基于相关研究，提出了一种Origami柔性芯片设计方法，通过预拉伸-Origami折纸结构的保护，使材料晶格在动态拉-缩过程中保持稳定，测量获得的电学信号波动可以有效控制在5%以下。

 

 

图2 柔性石墨烯FET芯片可穿戴设计及其机械性能探究

（3）智能石墨烯FET传感芯片便携式/穿戴式集成系统设计

对石墨烯FET芯片进行柔性优化设计并集成Janus功能网膜，开发出一种汗液成分在线分析智能传感贴片。该贴片实现了人体汗液的自动收集、过滤，并通过酶探针石墨烯FET芯片及智能集成电子系统对汗液成分如乳酸等进行监测，从而达到对佩戴者体能消耗状态进行评估。

 

图3 石墨烯FET芯片智能微系统集成与临床测试

 

03项目介绍

1）项目简介

石墨烯FET芯片高分子纳米保护层构建与抗干扰有效性验证

石墨烯FET传感芯片是一种表面型传感器，其检测原理主要依靠石墨烯表面在液下的电荷变化感知能力，然而真实的生理样本中存在较多干扰性分子会在石墨烯表面造成非特异性吸附进而导致传感器失效。本项目通过在石墨烯表面构建纳米尺度高分子抗干扰层，消除非特异性吸附从而增强传感器的液下稳定性。

 

2）所需能力

✨基本的生物化学、电子学知识

✨较强的实验动手能力

✨良好的团队协作与沟通能力

 

3）相关事项

✨项目周期：6~9个月

✨所需人数：2~3人

 

4）联系方式

zhuanghao@buaa.edu.cn

 

04老师寄语

愿同学们：

保持对未知的好奇

同时也要学会将好奇转化为可持续的探索

珍惜实验中每一次“不完美”的尝试

失败是成功之母

谨记：

天赋如溪流，终有尽时

努力似滴水，可穿石入海