一种实时监测流量的毛细—蒸发微泵

发布时间：2020-06-09 05:22

【摘要】：人体汗液中含有丰富的反映健康状况的生理信息,通过体外检测分析汗液中的葡萄糖、氯化物等关键生物标志物可以评估糖尿病、肺部囊性纤维化等疾病。出汗率不仅影响这些关键生物标志物的测量,而且能预警人体运动期间可能存在的脱水风险、有助于制定个性化的补液策略。传统的先收集后离线检测汗液成分的方法存在样品污染风险高、分析延迟而无法获得有关人体的实时健康信息等缺点。快速发展的微流控技术以其能实现流体驱动且具有良好的生物兼容性等优点为汗液收集与实时监测分析提供了可能性。目前利用毛细力或渗透作用建立的实时收集汗液的微泵驱动力小、没有提供实时监测出汗率的方法,因而无法实现长时间的汗液收集与监测。本论文利用毛细-蒸发效应与电化学检测原理,设计了一种驱动力强且能实时收集汗液并监测出汗率的微泵。该微泵与包括可编程注射泵、电化学工作站和计算机的外围系统构成离体实验系统,共同实现液体加载、流量监测与数据分析的功能,对微泵收集液体和监测流量的功能进行了研究。具体内容包括:(1)基于毛细-蒸发效应原理设计了一种可实时监测出汗率的微泵装置。它包括基于毛细吸收和传输液体原理的微通道结构、有驱动液体流动的蒸发区以及具有集成三电极的检测区,不仅可以自动收集汗液且可实时地监测出汗率;(2)基于固着液滴的蒸发模型,利用仿真软件模拟了微泵依靠毛细-蒸发效应驱动液体流动的过程,给出了微流道中由于毛细-蒸发效应驱动的液体流量率、蒸发端出口孔阵列蒸发速率、以及微泵的最大蒸发速率的数值仿真结果;(3)将设计的微泵与包括可编程注射泵、电化学工作站和计算机的外围系统构成离体实验系统,利用生理盐水模拟汗液,实验验证了毛细作用填充微通道和蒸发效应泵送流体的有效性;进一步利用三电极对微泵的最大泵送流量进行监测,实验结果与仿真结果一致,验证了该微泵实时监测流量的可行性。由于毛细-蒸发效应具有更强的驱动力且能长时间运行、电化学检测技术以其实时、灵敏度高、所需功率低且易集成在装置中等优点,因此,本论文设计的可实时收集和监测汗液的微泵为进一步研究可穿戴汗液监测设备提供了一定的理论和方法学基础。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.6

【参考文献】