近期Northwestern University的J.A.Rogers教授團隊在Advanced Healthcare Materials上發(fā)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(gòu)成的微流控系統(tǒng)克服了這一限制，并設(shè)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(tǒng)的相關(guān)機制，并為優(yōu)化布局提供了基礎(chǔ)，以保障系統(tǒng)在復(fù)雜的場景（如足球運動）中應(yīng)用的穩(wěn)定性。具體案例詳情請聽安泰電子為您講述~

　　圖1a）設(shè)備系統(tǒng)的組成；b）設(shè)備系統(tǒng)整體；c）微通道結(jié)構(gòu)的示意圖；d）機械變形；e）激光切割產(chǎn)生的微流體通道；f）微流體通道的放大圖像。

　　該設(shè)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(jié)構(gòu)中的微流體構(gòu)造。首先在PDMS中形成微流控系統(tǒng)幾何形狀的模具，在該模具上旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由蛇形通道組成，其內(nèi)部寬度和高度分別為520μm和250μm。使用脈沖激光系統(tǒng)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(shè)備提供了機械可拉伸性，并遵循可拉伸電子學領(lǐng)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(shù)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(shè)計可取區(qū)間。

　　設(shè)備幾何形狀設(shè)計的目標是減少微通道結(jié)構(gòu)在各種類型的機械變形下的體積變化，同時實現(xiàn)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(jié)構(gòu)組件，可以減少因設(shè)備表面上的壓力引起的變形。此外，蛇形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵幾何參數(shù)包括微通道的外部寬度、內(nèi)部寬度、曲徑半徑以及相鄰結(jié)構(gòu)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(shè)計參數(shù)可取區(qū)間，進而得到設(shè)備幾何形狀的最佳設(shè)計參數(shù)。

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

　　沿x軸和y軸方向進行拉伸應(yīng)力應(yīng)變測試，得到設(shè)備系統(tǒng)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(shè)備系統(tǒng)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(shè)備系統(tǒng)和整個封裝結(jié)構(gòu)沿y軸方向或三點彎曲的應(yīng)變分布。同時使用測力計的尖端按壓設(shè)備，沿x軸拉伸設(shè)備，驗證設(shè)備系統(tǒng)的可靠性。

　　圖4a）設(shè)備系統(tǒng)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(guān)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(shè)備或電源。氯苯甲酸銀可以與汗液中的氯離子反應(yīng)生成氯酸根離子，產(chǎn)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(shè)備時，它會與這種懸浮液混合，導(dǎo)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(tǒng)的可靠性。

　　圖5在機械應(yīng)力下對汗液采樣后，進行靜態(tài)壓縮測試、沖擊測試、慣性測試、蒸發(fā)測試。

　　研究者同時對健康的受試者進行了現(xiàn)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(tǒng)依舊可以穩(wěn)定實現(xiàn)既定關(guān)鍵功能。這些結(jié)果充分證明，該皮膚接口微流控系統(tǒng)的應(yīng)用潛力，有可能滿足許多高強度活動的要求，例如軍事訓(xùn)練、戰(zhàn)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(nèi)容來自Northwestern University的J.A.Rogers教授團隊在Advanced Healthcare Materials上發(fā)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(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續(xù)關(guān)注我們。本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續(xù)關(guān)注我們。西安安泰電子是專業(yè)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(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，為用戶提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)www.xiangmeiwang.com或撥打029-88865020。

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