近期Northwestern University的J.A.Rogers教授團隊在Advanced Healthcare Materials上發表題為“Skin-Interfaced Microfluidic Systems that Combine Hardand Soft Materials for Demanding Applicationsin Sweat Capture and Analysis”的文章，通過使用由相對較高模量的聚合物構成的微流控系統克服了這一限制，并設計了可在嵌入低模量彈性體時提供柔性力學性能的幾何形狀。對模型進行有限元分析定量地研究了系統的相關機制，并為優化布局提供了基礎，以保障系統在復雜的場景（如足球運動）中應用的穩定性。具體案例詳情請聽安泰電子為您講述~

　　圖1a）設備系統的組成；b）設備系統整體；c）微通道結構的示意圖；d）機械變形；e）激光切割產生的微流體通道；f）微流體通道的放大圖像。

　　該設備是在光固化PU樹脂中形成并嵌入薄柔性材料，用于封裝結構中的微流體構造。首先在PDMS中形成微流控系統幾何形狀的模具，在該模具上旋轉澆鑄、光固化厚度為450μm的PU層，然后去除固化的材料，得到的結構可以用同一PU材料200μm薄層進行封裝，形成一個封閉的微通道結構。該結構由蛇形通道組成，其內部寬度和高度分別為520μm和250μm。使用脈沖激光系統將PU切割成與微通道匹配的幾何形狀，蛇形的幾何形狀為設備提供了機械可拉伸性，并遵循可拉伸電子學領域中的定理。

　　圖2a）蛇形微通道力學建模的俯視圖和截面圖；b）和c）不同參數條件下單軸拉伸對通道體積變化的影響模擬；d）在幾何約束下設計可取區間。

　　設備幾何形狀設計的目標是減少微通道結構在各種類型的機械變形下的體積變化，同時實現整體柔韌性和可拉伸性。通過使用具有相對較高模量PU材料（NOA）作為微通道的結構組件，可以減少因設備表面上的壓力引起的變形。此外，蛇形結構的關鍵幾何參數包括微通道的外部寬度、內部寬度、曲徑半徑以及相鄰結構之間的間距。通過建模、仿真、模擬和計算，可以得到幾何約束下的設計參數可取區間，進而得到設備幾何形狀的最佳設計參數。

　　圖3a）和b）設備在兩個方向上的三點彎曲拉伸應力應變測試實驗結果；c）模量和彎曲剛度的實驗結果；d）沿y軸方向拉伸15％的應變分布有限元分析結果；e）三點彎曲的應變分布有限元分析結果；f）沿y軸方向拉伸15％整個封裝結構的應變分布；g）三點彎曲的整個封裝結構的應變分布；h）使用測力計的尖端按壓設備；i）沿x軸拉伸的過程。

　　沿x軸和y軸方向進行拉伸應力應變測試，得到設備系統的有效楊氏模量。對三點彎曲剛度測試可得出彎曲條件下的彈性模量，得到設備系統x軸方向和y軸方向上的力位移斜率。通過有限元分析，得到設備系統和整個封裝結構沿y軸方向或三點彎曲的應變分布。同時使用測力計的尖端按壓設備，沿x軸拉伸設備，驗證設備系統的可靠性。

　　圖4a）設備系統的顯色情況；b）不同濃度的氯化物；c）氯化物濃度和顏色的關系；d）填充有色染料對汗液耗損進行測量。

　　比色測定法提供了對汗液生物標志物進行實時分析的簡單方法，無需電子設備或電源。氯苯甲酸銀可以與汗液中的氯離子反應生成氯酸根離子，產生紫色，其光密度與氯離子濃度成正比。氯胺酸銀可固定在微通道的入口處，以進行氯離子分析。當汗水進入設備時，它會與這種懸浮液混合，導致顏色變色，測定的顏色密度與汗液中的氯化物濃度成正比。采樣后的系列實驗也證明了系統的可靠性。

　　圖5在機械應力下對汗液采樣后，進行靜態壓縮測試、沖擊測試、慣性測試、蒸發測試。

　　研究者同時對健康的受試者進行了現場試驗，也證明了在真實的使用條件甚至在劇烈體育鍛煉和體育運動過程中，系統依舊可以穩定實現既定關鍵功能。這些結果充分證明，該皮膚接口微流控系統的應用潛力，有可能滿足許多高強度活動的要求，例如軍事訓練、戰斗和各類體育運動。

　　ATA-2032高壓放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~500kHz

　　電壓：300Vp-p（±150Vp）

　　電流：120mAp

　　功率：18Wp

　　壓擺率：≥334V/μs

　　可程控

　　PS：本實驗內容來自Northwestern University的J.A.Rogers教授團隊在Advanced Healthcare Materials上發表題為“Skin-Interfaced Microfluidic Systems that Combine Hardand Soft Materials for Demanding Applicationsin Sweat Capture and Analysis”的文章。

　　本資料由Aigtek安泰電子整理發布，更多案例及產品詳情請持續關注我們。本資料由Aigtek安泰電子整理發布，更多案例及產品詳情請持續關注我們。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率放大器模塊、功率信號源、射頻功率放大器、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發、生產和銷售的高科技企業，為用戶提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產品，請持續關注安泰電子官網www.sillink.com.cn或撥打029-88865020。

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