团队旨在以先进制造等前沿工程技术来实现生物医疗器件的微型化、集成化、智能化，推动生物医学领域的进步，以应对当今生命、医学和健康领域的重大挑战。
主要研究方向：
1. 激光与材料作用微观机理研究；
2. 高效率、高品质、多材料激光先进制造的综合方法；
3. 单细胞在三维环境下的电生理学研究；
4. 高精度生物医疗微电子、微机械。
团队研究方向
1. 激光与物质相互作用机理研究
激光微纳加工技术虽然经过了几十年的发展并且在诸多领域取得广泛应用，但是激光与材料作用的微观过程及基础机理仍然不清晰，直接影响了激光微纳加工关键工艺的优化、加工能力的提升、新材料的开发及应用场景的拓展。本课题组从光敏聚合物和金属这两种应用最广泛的材料出发，以实验探究和理论分析相结合的方式，深入研究了聚合物材料和金属材料的超快激光微纳加工机理。
图1. (a) 发现了聚合物激光加工新现象，建立了系统的理论模型揭示了其内在机制。
(b) 揭示了金属激光直写的两种微观机制，阐明了光场力的重要作用。
2. 先进激光3D打印技术研究
激光微纳打印可以~100 nm精度实现复杂三维结构的增材制造，但通常加工效率极低，毫米尺寸的结构往往需要耗时数小时甚至数天的时间。更高的加工效率及更灵活可控的加工方法，是激光微纳加工当前的一个主要瓶颈。目前，激光微纳加工技术难以实现半导体材料的直写，这也导致其应用场景无法拓展到功能微电子领域。针对以上问题，本课题组开展了系统性的研究工作，实现了激光微纳加工技术在加工效率和材料多样性上的突破。
图2. 课题组进行了多种材料激光加工的系统研究。(a)半导体及复合材料激光加工；
(b)刺激响应型材料；(c)功能掺杂材料；(d)金属材料加工。
3. 复杂细胞三维微环境平台及单细胞生理特性研究。
单细胞生理特性研究对于细胞衰老机制及衰老相关疾病的发生机制研究、重大疾病的早期诊断和精准治疗、肿瘤的发生及演进机制等国家重大需求和科学前有具有重要意义。在当前细胞培养和研究中，如何快速可控的构建类活体的复杂三维细胞微环境，到目前仍然是一个难点和挑战。本课题组提出基于结构光场的细胞微环境高效制备方法；利用微管道结构实现了单个HeLa细胞的精准捕获和培养；研究了酵母细胞在对称和非对称受限三维环境下的生长、增殖规律。以上工作为体外微血管环境的构建以及细胞在三微环境下的生理特性研究提供了新方法和新思路。
图3.细胞三维微环境平台的高效制备及单细胞生理特性研究。
4. 高精度生物医疗微电子、微机械的一体化激光打印。
《国家自然科学基金“十四五”发展规划》强调“发展新一代生物电子芯片与微系统技术，为提升国民健康水平提供信息技术支撑。”目前基于喷墨打印或气溶胶喷印技术的微电子器件打印技术面临打印精度低，打印区域可控性差，特征结构/器件跨尺度制造困难等一系列问题。本课题组创新性实现了具有不同电学特性的金属和半导体材料复合激光打印，使得以激光来实现复杂三维电路的直写成为可能；并且首次验证了二极管、三极管、忆阻器及加密电路等功能元器件和电路的一体化激光直写，在印刷电子、先进生物医疗传感等领域具有重要的应用前景。相关工作于近期以‘Laser Printed Microelectronics’为题发表在Nature Communications上，该工作被选为Editors’ Highlights，并被Nature Photonics专题报道。
图4. 高精度三维微纳电子器件的一体化激光打印。
医疗微纳机器人技术既是国际前沿研究方向，同时又对接国家高端医疗器械装备产业发展战略需求，近些年得到了广泛的关注。但复杂三维微纳结构的灵活设计和可控高效加工方法仍有待深入研究。本课题组通过激光微纳加工技术，实现了传统微纳加工方法难以实现的螺旋形及锥形微管道机器人结构，实现了微纳机器人在运动特性上的突破，并成功将其应用于抗癌药物 (DOX)和HeLa癌细胞的定向运输，验证了其在细胞靶向治疗领域的应用前景。
图5. 高性能医疗微纳机器人用于药物运输和细胞靶向治疗