2018年，诺贝尔物理学奖的一半颁给了美国科学家亚瑟·阿什·金(arthur ashe King)，以表彰他对光镊技术的开创性贡献。正如阿瑟·阿什金所说，“精确操纵细胞的能力为我们研究细胞的功能打开了大门。”光镊作为一门跨学科的前沿技术，正吸引着越来越多的科学家投入其中。
2005年，张帅龙的导师、美国加州柏克莱大学的吴明教授基于光镊技术发明了“光电镊”，为科学家用光捕捉最好的细胞开辟了一条道路。从那以后，吴明教授创立的伯克利电灯公司在纳斯达克上市。公司研发的光电镊子在抗体开发、细胞治疗、新冠肺炎疫苗研发等领域取得了突出的成绩。
“与国外相比，我国在产学研方面的主要问题是一些关键技术和专利没有掌握，比如光操纵用光电三极管材料的研制问题没有攻克；跨学科人才仍然短缺；国家缺乏相关方面的长期投资支持。”张帅龙解释了中国相关领域发展面临的一系列问题，这也是他回国开始新征程的主要原因。
科技汉语中的两个字:张帅龙
解码魔法光电镊子微纳机器人
什么是光电镊子？它在生命科学中的应用会对人类生活产生怎样的影响？
光电镊子，顾名思义，是利用光电场抓取物体的工具。与传统的机械系统不同，它是一种理想的微观研究工具，利用光束诱导的电场对细胞器、生物大分子等微小粒子进行夹持、操纵和微加工。近年来，张帅龙关注的微纳机器人研发，正是基于光电光镊技术的前沿交叉研究。
早在1966年的电影《奇幻之旅》中，就有对未来微纳机器人的神奇想象:一位医学家将五位同事缩小到纳米大小，并注射到自己的体内，让他们“游”到患病区域治疗自己。如今，当年的科幻梦变成了现实。近年来，依靠微米级光控平台驱动机器人的光控微纳机器人技术日趋成熟，并已应用于细胞操纵、生物组织定向培养等领域。其中，基于光电光镊技术的微纳机器人技术具有操作简单、多功能、生物相容性好等优点，是微纳机器人领域的重点研究方向之一。
然而，由于机器人的机械结构和介电材料的限制，现有的微型机器人不能在高电导率的细胞培养液中工作，这限制了其生物相容性及其在细胞操纵领域的应用。为了突破这一技术瓶颈，张帅龙研制了新型微米级光电驱动机器人。在光电镊子系统产生的介电泳力驱动下，可以对细胞、生物组织等微小目标进行“捕获”、“运输”、“释放”、“组装”等灵巧操作，还可以在单细胞水平上进行细胞分选、培养和基因测序。该机器人不仅能有效地对目标施加控制力，还能支持多台机器的并行控制。其制造工艺简单，整个系统控制精度高，生物毒性低，大大降低了微型机器人的产业化门槛。
这一成果为生物医学研究提供了高效、无害的细胞操纵工具，使细胞存活率比原有技术提高30%，细胞运动速度提高2倍以上。该成果发表在世界著名期刊《美国科学院院刊》上，并被媒体广泛报道。光电镊子的发明者吴明教授高度评价了这项技术，他说，“这种机器人在操作难以直接用光电镊子移动的物体时将非常有用。”
虽然研究取得了突破性进展，但张帅龙对光电镊子微纳机器人的探索和思考一直在进行。随着不同学科的快速发展，跨学科的融合导致了新发现和新技术的出现。在张帅龙看来，光电镊子微纳机器人技术充分体现了“共同定向、交叉融合”的学科特点。
2020年，张帅龙作为主要项目负责人，参与了加拿大政府和英国物理研究学会共同资助的重大科研项目——用于自动脑解剖的微型机器人研究。这个项目的核心任务是利用光控机器人技术筛选神经干细胞，这是一个非常困难的问题。最终，张帅龙利用自己的光控机器人成功解决了这个问题。
“这是一个跨国研究项目。加拿大团队主要负责硬件、机器人和系统的研发；英国团队负责软件的开发，也就是如何正确识别神经干细胞。”在项目实施过程中，张帅龙深刻体会到多学科知识汇聚、融合、助力科研的魅力，坚定了走跨学科融合创新之路的决心。
做一个想着喝水的科研人员。
立足于科学前沿，解决交叉学科领域的共性问题，是张帅龙近年来研究的主要特点。这种科研思维模式的养成与他的科研经历密切相关。
张帅龙毕业于北京理工大学，获得信息工程学士学位。毕业后赴英国斯特拉特福德大学光子学研究所研究半导体光学器件。在加拿大从事博士后研究期间，他转向了生物学和微流体研究。在导师的指导下，他逐渐将自己的多学科知识交叉融合，走上了这条“共融”的跨学科前沿研究之路。
历经多个世界科研殿堂，身处世界一流科研团队开展研究，感受名家大师、前沿学者风范，领略国际前沿科技发展趋势...张帅龙沐浴在学术自由的文化氛围中，获得了丰富的国际工作经验和深厚扎实的前沿科研背景。正是这些沉淀，成就了一位在微纳操作研究领域颇有建树的青年学者。
2021年，张帅龙响应国家号召，回到母校北京理工大学。加入北京智能机器人与系统创新中心闵南福田院士团队。闽南福田是世界上最早倡导微纳机器人操作的开拓者和领导者，中国科学院外籍院士。他带领的北京理工大学微纳机器人团队已经成为该领域的佼佼者。在这样的环境下，有了一群志同道合的人，张帅龙期望发挥自己的优势，帮助相关行业实现跨越式发展。
作为一名80后青年博士生导师，张帅龙一直保持着谦逊的态度，始终怀着一颗感恩的心，即使在自己的领域已经取得了一些成绩。“在国外学习和工作的11年间，我得到了很多人的帮助，比如我的博士生导师马丁·道森教授和顾尔丹教授，以及我的博士后导师史蒂文·尼尔博士、乔纳森·库珀院士和亚伦·惠勒教授。他们的指导和支持是我在科研道路上不断前行的动力。我还要感谢张军校长、陈鹏万院长、黄强主任、周勇书记、杜宁主任、教授、段星光教授、教授、刘晓明教授等。他在介绍我到中国工作的过程中给了我很多支持和帮助。”
张帅龙要感谢自己的亲人。在得知他要回国后，妻子蒋毅然放弃了在加拿大的优渥生活，陪他回到北京。大学老师的父母，从小教张帅龙，都是以身作则，默默支持和鼓励他做的每一个决定。他们是张帅龙一生中最大的帮助。感恩第一孝，饮水思源报国。对于张帅龙来说，回国是一个无悔的选择。
在张帅龙看来，作为科研人员，我们不仅要不断攀登职业高峰，还要让科研之光照亮更多的少年。自2012年以来，他组织了10多次面向小学生、中学生和普通公众的科普活动。“一方面想把研究成果分享给大众，另一方面也想激发年轻人以后对科研的兴趣。”张帅龙表示，希望针对国家的重大需求，做更多原创性、创新性的研究，比如“癌症早期筛查”、“单细胞的分析提取”、“抗体药物的研制”，最终将实验室研发的技术产品应用到人们的生活中。
专家简介:
张帅龙，1988年出生于河南洛阳。英国格拉斯哥大学、加拿大多伦多大学博士后，入选国家高层次人才青年计划。现任北京理工大学机电学院教授，北京智能机器人与系统高级创新中心主任。
主要研究方向为微纳机器人技术、光电镊子技术和数字微流控技术。主要学术贡献有:研制了世界首个用于细胞操纵和基因检测的微米级光电驱动机器人，实现了世界首个可重构光电驱动微机械流体控制系统，创立了利用光电镊子和冷冻干燥技术组装微纳电子功率器件的方法。
截至目前，已在SCI期刊发表论文35篇，其中第一作者在PNAS、Nature Communications等国际顶级期刊发表论文15篇，被引用1283次；发表了30篇国际会议论文，做了12次口头报告。参与撰写两部专著，并担任《微机械与半机械人》和《仿生系统》两个国际期刊的青年编委。
