ATA-2032高压放大器在微流控人体汗液采集和分析系统建立中的应用
近期Northwestern University的J.A.Rogers教授团队在Advanced Healthcare Materials上发表题为“Skin-Interfaced Microfluidic Systems that Combine Hardand Soft Materials for Demanding Applicationsin Sweat Capture and Analysis”的文章，通过使用由相对较高模量的聚合物构成的微流控系统克服了这一限制，并设计了可在嵌入低模量弹性体时提供柔性力学性能的几何形状。对模型进行有限元分析定量地研究了系统的相关机制，并为优化布局提供了基础，以保障系统在复杂的场景（如足球运动）中应用的稳定性。具体案例详情请听安泰电子为您讲述~
图1a）设备系统的组成；b）设备系统整体；c）微通道结构的示意图；d）机械变形；e）激光切割产生的微流体通道；f）微流体通道的放大图像。
该设备是在光固化PU树脂中形成并嵌入薄柔性材料，用于封装结构中的微流体构造。首先在PDMS中形成微流控系统几何形状的模具，在该模具上旋转浇铸、光固化厚度为450μm的PU层，然后去除固化的材料，得到的结构可以用同一PU材料200μm薄层进行封装，形成一个封闭的微通道结构。该结构由蛇形通道组成，其内部宽度和高度分别为520μm和250μm。使用脉冲激光系统将PU切割成与微通道匹配的几何形状，蛇形的几何形状为设备提供了机械可拉伸性，并遵循可拉伸电子学领域中的定理。
图2a）蛇形微通道力学建模的俯视图和截面图；b）和c）不同参数条件下单轴拉伸对通道体积变化的影响模拟；d）在几何约束下设计可取区间。
设备几何形状设计的目标是减少微通道结构在各种类型的机械变形下的体积变化，同时实现整体柔韧性和可拉伸性。通过使用具有相对较高模量PU材料（NOA）作为微通道的结构组件，可以减少因设备表面上的压力引起的变形。此外，蛇形结构的关键几何参数包括微通道的外部宽度、内部宽度、曲径半径以及相邻结构之间的间距。通过建模、仿真、模拟和计算，可以得到几何约束下的设计参数可取区间，进而得到设备几何形状的最佳设计参数。
图3a）和b）设备在两个方向上的三点弯曲拉伸应力应变测试实验结果；c）模量和弯曲刚度的实验结果；d）沿y轴方向拉伸15％的应变分布有限元分析结果；e）三点弯曲的应变分布有限元分析结果；f）沿y轴方向拉伸15％整个封装结构的应变分布；g）三点弯曲的整个封装结构的应变分布；h）使用测力计的尖端按压设备；i）沿x轴拉伸的过程。
沿x轴和y轴方向进行拉伸应力应变测试，得到设备系统的有效杨氏模量。对三点弯曲刚度测试可得出弯曲条件下的弹性模量，得到设备系统x轴方向和y轴方向上的力位移斜率。通过有限元分析，得到设备系统和整个封装结构沿y轴方向或三点弯曲的应变分布。同时使用测力计的尖端按压设备，沿x轴拉伸设备，验证设备系统的可靠性。
图4a）设备系统的显色情况；b）不同浓度的氯化物；c）氯化物浓度和颜色的关系；d）填充有色染料对汗液耗损进行测量。
比色测定法提供了对汗液生物标志物进行实时分析的简单方法，无需电子设备或电源。氯苯甲酸银可以与汗液中的氯离子反应生成氯酸根离子，产生紫色，其光密度与氯离子浓度成正比。氯胺酸银可固定在微通道的入口处，以进行氯离子分析。当汗水进入设备时，它会与这种悬浮液混合，导致颜色变色，测定的颜色密度与汗液中的氯化物浓度成正比。采样后的系列实验也证明了系统的可靠性。
图5在机械应力下对汗液采样后，进行静态压缩测试、冲击测试、惯性测试、蒸发测试。
研究者同时对健康的受试者进行了现场试验，也证明了在真实的使用条件甚至在剧烈体育锻炼和体育运动过程中，系统依旧可以稳定实现既定关键功能。这些结果充分证明，该皮肤接口微流控系统的应用潜力，有可能满足许多高强度活动的要求，例如军事训练、战斗和各类体育运动。
带宽：（-3dB）DC~500kHz
电压：300Vp-p（±150Vp）
电流：120mAp
功率：18Wp
压摆率：≥334V/μs
可程控
PS：本实验内容来自Northwestern University的J.A.Rogers教授团队在Advanced Healthcare Materials上发表题为“Skin-Interfaced Microfluidic Systems that Combine Hardand Soft Materials for Demanding Applicationsin Sweat Capture and Analysis”的文章。
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