单开口储液腔微流控芯片中疏水阀的设计及应用

发布时间：2021-10-29 10:28

　　汗液中含有丰富的生物标记物,可用于无创检测人体生理指标,在人体健康检测和疾病诊断领域中获得了越来越多的关注。传统的汗液检测需要专业人员借助昂贵的设备来收集和分析汗液。柔性可穿戴微流控芯片为汗液的收集和检测提供了新的机遇。柔性可穿戴微流控芯片能够捕获皮肤中汗腺产生的汗液,并对其进行存储和分析。然而,柔性可穿戴微流控芯片仍存在局限性。首先微流控网络的疏水性使汗液需要克服毛细管压力才能进入芯片。其次储液腔出口加大了汗液损失从而导致生物标志物的测量浓度偏离实际值。本文介绍了一种亲水柔性可穿戴微流控芯片,将疏水阀放置在储液腔和微流体通道交界处并结合单开口储液腔设计用来减少汗液蒸发。本文研究内容如下:1.可用于汗液收集的亲水柔性可穿戴微流控芯片的设计。经过等离子封装后的亲水芯片更容易捕获皮肤中汗腺分泌的汗液。芯片的设计中巧妙地利用疏水阀,使液体可以填充单开口储液腔,有效减少了汗液蒸发,使汗液中生物标记物的测量结果更准确。同时,聚二甲基硅氧烷（PDMS）的优良性能和芯片的超薄结构,使芯片可以发生弯曲、拉伸、扭折等大变形,满足了人们日常生活运动需求。2.亲水通道中疏水阀的构建及其工作原理。由于等离子处... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

皮肤中汗腺的结构示意图[7]

湘潭大学硕士学位论文4相比，汗液检测具有完全无创收集样品的优势而受到越来越多的关注有潜力成为人体常见的健康检测方法之一[28]。表1-3汗液的成分与疾病对用汗液中的生物标记物与之关的疾病氯离子和钠离子电解质平衡氯离子囊性纤维化葡萄糖糖尿病pH值代谢性碱中毒尿素肾衰竭乳酸身体疲劳、压力缺血酒精酒精中毒出汗速度、温度自主热调节、中暑局部出汗速度中风对汗液中生物标记物水平的分析可以追溯到1940年[7]，科研学者对汗液中生物标记物有着浓厚的兴趣传统的汗液检测通常分为排汗、收集和分析三步。图1-2为传统的汗液检测图。排汗方法包括体育锻炼[28,29]、暴露在炎热或者潮湿的环境中[30]、离子电渗疗法[31]等。在排汗过程通常需要一些外部刺激（例如加热、电流或者服用药物等）促进人体汗腺分泌足够的汗液量。在汗液收集过程中，医护人员通常会使用滤纸、棉花、海绵、纱布或毛巾等材质的吸收垫收集人体通过刺激产生的汗液，然后通过离心将汗液从吸收垫中分离。最后将分离后的汗液送去专门的仪器由专业人员进行成分分析检测[32-36]。图1-2传统的汗液分析检测图[37]传统的汗液分析检测方法也有固有的弊端。首先，在排汗过程中，人体需要排出大量的汗液，才能满足分析过程中对汗液的需求量。其次，在汗液的收集过

第1章绪论5程中，吸收垫佩戴到人体会产生异物感，同时也会存在脱落的风险，这为收集足量的汗液增加了难度。最后，在检测过程中，皮肤中的灰尘、油污或者皮肤碎片等会对收集的汗液产生不可避免的污染，从而影响实验结果的准确性[38]。检测分析依赖于昂贵的仪器和专业的操作人员，被限制于实验室中。因此传统的汗液检测与远程监控、即时检测和持续评估不兼容[39]。1.2可穿戴设备1.2.1可穿戴设备的概述可穿戴设备是指将传感器植入到衣物或者配饰等人体日常穿戴中，检测人体的生理指标的便携式芯片。可穿戴设备可以测量生理过程产生各种信号（温度、运动、电解质、代谢物等），实时监测人体健康状况，预防疾病，对人体的行为表现进行衡量。材料科学技术、化学分析技术、设备设计和装配方法等多个领域的进步也为可穿戴设备的发展奠定了技术基矗可穿戴设备的发展将给我们的医疗水平和生活方式带来巨大的转变，并有可能在卫生保健领域得到广泛应用并创造社会效益[40]。图1-3几种可穿戴设备的光学照片：(a)隐形眼镜形式的可穿戴生物芯片；(b)可穿戴芯片地连接到手腕[41]；(c)具有NFC功能的脉搏血氧仪的光学图像[42]；(d)硅纳米膜可穿戴芯片[43]；(e)具有NFC功能的比色芯片光学照片[44]；(f)可安装在腕带上的可伸缩芯片的光学照片[45]例如：SENSIMED公司开发了一款名为SENSIMEDTriggerfish的无创软性


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