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源自植物“泵水”灵感的无电池可穿戴汗液传感器

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该器件可以将液滴从一侧“泵”至另一侧,器件左侧为液滴吸入口,右侧为有利于液体蒸发的多孔结构,无需外部动力即可驱动液体连续流动。


植物和树木通过叶片上气孔水分蒸发的蒸腾作用获取动力,吸收土壤中的水分。荷兰埃因霍芬理工大学(Eindhoven University of Technology)的科学家们利用该原理开发了一种汗液传感器,汗液能以稳定的速率流过传感器并进行分析。利用激光微加工技术,他们在柔性塑料上刻蚀出微结构,并集成一块小型分析芯片。这一研究成果攻克了可粘贴在皮肤上的柔性汗液传感器开发的重要障碍。


人体汗液包含了很多健康信息,运动员和妇女可以将之作为医疗应用从中获取很多信息。例如,汗液中的盐份浓度可以提示我们囊性纤维化情况,而酸度水平则是某些皮肤病的诊断因素。要持续监测这些信息,就需要将汗液不断的导流进入汗液传感器,所以理想的汗液传感器最好不含有活动部件或者易损部件,而且不需要额外提供能量。


博士研究生Chuan Nie和指导教授Jaap den Toonder利用自然原理作为灵感,开发了满足这些要求的汗液传感器。在埃因霍芬理工大学的微加工实验室,他们利用柔性塑料衬底制作了一个微流控器件,包含一个入口、一条微流道以及另一端的多孔结构。在入口处使用了特殊的纸材料,使器件可以通过该入口吸取汗液。类似于植物和树木的原理,液体通过另一侧多孔结构的“蒸腾作用”以及微流道的毛细管效应实现连续流动。该微流控器件无需外部动力,可以像水泵一样连续工作。


最后,研究者们还在该器件上集成了一颗微型芯片。芯片的电极联接在微流道上,可持续分析通过微流道的汗液。Chuan Nie制作了一个样品,利用它进行酸度水平检测,实验结果非常理想。用于检测汗液中其它物质的芯片可以用同样的方法进行集成。


该项研究由埃因霍芬理工大学和埃因霍温霍尔斯特中心(Holst Centre in Eindhoven)合作完成。霍尔斯特中心和埃因霍芬理工大学将继续进行该柔性汗液传感器研究,例如,开发运动应用和汗液医疗分析应用。塑料衬底的使用将保持最终产品较低的成本。下一步的开发将是传感器数据的无线传输。



标签:   微加工实验室 微型芯片
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