CN116060144A - 一种汗液定向流多功能微流控芯片及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种汗液定向流多功能微流控芯片及其制备方法和应用。该芯片包括：由下至上依次粘附为皮肤粘附层(8)、氧化弹性薄膜A(7)、双面胶A(6)、氧化弹性薄膜B(3)、双面胶层B(2)和封装膜(1)；该芯片通过在氧化弹性薄膜B上触发阀和止回阀的设置，实现了汗液的定量收集与测试，避免了因汗液收集不连续而导致的测试不准确的问题，且可起到有效提示和控制使用者运动量的效果。该芯片基于紫外臭氧清洗工艺，于弹性薄膜表面形成致密的氧化膜，有效防止芯片内汗液的挥发。本发明所提供的芯片可针对不同人群、不同场景实现下人群的运动量自动提示和汗液生化指标的快速检测。

Description

一种汗液定向流多功能微流控芯片及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种微流控芯片，具体涉及一种汗液定向流多功能微流控芯片及其制备方法和应用，属于可穿戴微流控芯片领域。
背景技术
近年来，微流控芯片作为一种新的技术平台，在化学、生物和医学领域受到广泛关注。体积小、反应灵敏及对样品检测速度快的特点，使得微流控芯片对各种生物、化学实验都有着无与伦比的优势。在检测某些疾病，比如囊泡性纤维症和糖尿病时，通常需要抽取血液来进行检测，这对于体弱多病的人来说有一定的伤害。而通过收集或检测汗液，比如通过检测汗液中的氯离子浓度来检测囊泡性纤维症，通过检测汗液中的葡萄糖浓度反应血糖浓度，从而检测糖尿病，可以以无创的方式代替了血液检测，在化学、生物和医学等领域具有巨大潜在应用价值。
但是，现阶段的可穿戴微流控芯片在匹配于人体皮肤时，容易出现匹配不牢固或者匹配复杂等问题。一方面是通过医用单面胶带(透明敷料IV3000#4008，Smith&NephewMedical Ltd等)直接作为顶端覆盖层将微流控芯片覆盖于皮肤，但是会出现进液口与皮肤匹配不严实，从而导致进液口周边的汗液也渗入其中，造成汗液量收集不准确；从上而下的覆盖方式也使得微流控芯片并不能很好的适应皮肤的可拉伸性，使得使用过程中容易脱落。另一方面是通过在与皮肤粘附层适配的硅胶层上涂抹硅胶处理剂使得其能与皮肤粘附层结合从而将其固定在皮肤上。但是被硅胶处理剂处理过的硅胶层，表面会有一定程度的硬化，从而影响其可拉伸性，影响其与皮肤的匹配度。
再者，现有的微流控芯片多是以等离子处理硅胶表面后，快速对齐封装，等离子处理有效期短，因此该步骤严格要求操作要快速；并且，表面处理后需保持干净无污染，否则容易出现封装不严密穿戴过程中出现漏液的情况。
另一方面，传统的汗液微流控自提醒芯片触发往往以高吸水性材料作为输送媒介，该过程不仅会损耗部分液体，而且整个过程是断断续续的，无法达到预期效果。由于汗液采集的间断性，难以实现对于汗液生化指标的一次性定量检测，严重降低了汗液检测的准确度；同时，由于汗液采集过程的不连贯，也无法实施检测使用者的运动量，为采集足够的汗液常常采用过量运动方式，难以满足部分患者对康复运动的定量要求，容易因过量运动造成二次损伤。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种汗液定向流多功能微流控芯片，该芯片通过触发阀和爆破阀的设置，实现了汗液的定量收集与测试，避免了因汗液收集不连续而导致的测试不准确的问题，且可起到有效提示和控制使用者运动量的效果，适用于患者康复运动的定量提醒和汗液生化指标的实时检测。
本发明的第二个目的在于提供一种汗液定向流多功能微流控芯片的制备方法，将弹性薄膜进行表面处理得到高模量氧化层，提高弹性薄膜的粘附性能，再和带有微流结构的双面胶层共同封装测试纸和发热夹片，并于弹性薄膜上设置触发阀和止回阀，即得；当汗液达到止回阀处液体开始分流，率先集满检测储液腔，随后突破毛细管爆破阀到达发热储液腔，汗液达到收集量时突破触发阀可实现自动热提醒，其后通过手动按压检测储液腔进行汗液的时序性测试。
本发明的第三个目的在于提供一种汗液定向流多功能微流控芯片的应用，用于检测汗液中的生化参数。本发明所提供的微流控芯片基于各组件间的协同作用，实现了汗液的定量收集、自动热提醒和定量检测。通过表面氧化处理的弹性薄膜不仅具有良好的粘附性能，还具有优异的防水性，可避免外界液体对于汗液定量测试的干扰，提高测试精准度，实现了使用者汗液多场景、多维度实时检测。
为实现上述技术目的，本发明提供了一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于，包括：由下至上依次粘附为皮肤粘附层(8)、氧化弹性薄膜A(7)、双面胶A(6)、氧化弹性薄膜B(3)、双面胶层B(2)和封装膜(1)；所述皮肤粘附层和氧化弹性薄膜A设有进液口；所述双面胶A(6)与氧化弹性薄膜B(3)之间夹有发热夹片(4)和带有首端与尾端的检测试纸(5)；所述双面胶A(6)包括设有进液端和出液端的微流通道；所述氧化弹性薄膜B上设有位于发热夹片正上方并联通的触发阀A(13-1)和检测试纸首端正上方并联通的触发阀B(13-2)；所述氧化弹性薄膜B上设有位于微流通道出液端正上方并联通的止回阀(14)；所述双面胶层B分别设有位于触发阀A正上方并联通的储液腔A(10)和位于触发阀B正上方并联通的储液腔B(11)，储液腔A和储液腔B通过位于止回阀正上方的爆破阀(12)联通，且容量相同。
本发明所提供的微流控芯片，基于各组间的协同作用，实现了汗液的定量收集、自动热提醒和定量检测。将本发明所提供的微流控芯片贴付于皮肤表面时，汗液在毛细作用下从皮肤粘附层和氧化弹性薄膜A进液口进入微流通道，于微流通道出液端经过止回阀，向上流入储液腔，并在爆破阀的作用下率先进入储液腔B，当储液腔B集满汗液后再突破爆破阀进入储液腔A；当储液腔A中所收集汗液的压力大于触发阀A的压力时，触发阀A开阀，储液腔A中的汗液流向发热夹片，并反映放热，实现热提醒，当储液腔A开始排放汗液时，爆破阀归位，防止储液腔B中汗液留出；此时，使用者可感知汗液量已达标，停止运动，并手动按压储液腔B，突破触发阀B的阈值压力，触发阀B开阀，汗液经检测试纸首端进入开始测试。
作为一项优选的方案，所述微流通道的进液端与皮肤粘附层和氧化弹性薄膜A上的进液口位于同一垂线上并联通。
作为一项优选的方案，所述氧化弹性薄膜B、双面胶层B和封装膜上设有气孔，气孔位于同一垂线上并联通；所述气孔数量≥1。进一步的，所述氧化弹性薄膜B、双面胶层B和封装膜上至少有一个气孔与检测试纸尾端在同一垂线上并联通。
作为一项优选的方案，所述双面胶A(6)还包括填料流腔(17)和试纸通道(18)；所述发热芯片装填与填料流腔内，所述检测试纸状态于试纸通道内。
作为一项优选的方案，所述止回阀与热触发储液腔相连的通道上还设有阻断器；所述阻断器为回流阻断器。
作为一项优选的方案，所述止回阀为瓣膜止回阀，瓣膜止回阀的阀片直径大于等于0.3mm且小于等于1mm。止回阀可有效保证汗液的三维单向流动，有效避免了汗液回流影响汗液的定量收集及后续测试的准确性。
作为一项优选的方案，所述触发阀A和触发阀B均为瓣膜触发阀，所述瓣膜触发阀的瓣膜顶角为60～180°，变形角度为0～30°。
作为一项优选的方案，所述瓣膜触发阀的瓣膜顶角为90℃。
作为一项优选的方案，所述瓣膜触发阀的开口直径为0.5～3mm。
作为一项优选的方案，所述触发阀A的阈值压力为0.8～1.2KPa，触发阀B的阈值压力为0.8～1.2KPa，且触发阀B的阈值压力大于触发阀A的阈值压力。
作为一项优选的方案，所述氧化弹性薄膜A和氧化弹性薄膜B为记忆合金薄膜、弹性类金刚石膜和弹性硅膜中的一种；所述微流控芯片的厚度为600～1000μm。
本发明还提供了一种汗液定向流多功能微流控芯片的制备方法，包括：
1)将弹性薄膜A和弹性薄膜B的紫外臭氧清洗，得氧化弹性薄膜A和氧化弹性薄膜B；
2)将双面胶B激光雕刻后下表面粘贴氧化弹性薄膜B，上表面粘贴封装层，并于氧化弹性薄膜B上雕刻触发阀、止回阀和气孔；
3)将双面胶A激光雕刻后填入发热夹片和测试试纸，下表面粘贴氧化弹性薄膜A，另一面粘贴氧化弹性薄膜B；
4)将皮肤粘附层粘贴于氧化弹性薄膜A的下表面，导通二者进液口，即得。
本发明所提供的制备方法中，将弹性薄膜进行表面处理得到高模量氧化层，提高弹性薄膜的粘附性能，再和带有微流结构的双面胶层共同封装测试纸和发热夹片，并于弹性薄膜上设置触发阀和止回阀，即得；当汗液达到止回阀处液体开始分流，率先集满检测储液腔，随后突破爆破阀到达发热储液腔，汗液达到收集量时突破触发阀可实现自动热提醒，其后通过手动按压检测储液腔进行汗液的时序性测试。
作为一项优选的方案，所述弹性薄膜A和弹性薄膜B为PDMS薄膜，其制备过程为：将PDMS预聚物与固化剂混合后铺设于模具板上，依次经烘干固化、剥离，即得。进一步优选，所述PDMS预聚物于固化剂的质量比为8～12：1。
作为一项优选的方案，所述紫外臭氧清洗时间为10～20min；所述皮肤粘附层与氧化弹性薄膜B粘贴的方式为柔性3M胶粘附。紫外臭氧清洗一方面可以提升PDMS膜的表面能，从而显著提高PDMS膜材料的粘附性能；另一方面，紫外臭氧清洗可与PDMS膜发生氧化反映，于膜表面形成一层致密的氧化层，可有效提高PDMS膜的防水性能。
本发明还提供了一种汗液定向流多功能微流控芯片的详细制备方法，包括：
1)将PDMS预聚物和固化剂混合后铺设于PMMA的模板上，固化后剥离，得PDMS薄膜A和PDMS薄膜B；
2)将PDMS薄膜分别经无水乙醇和水超声清洗后干燥，经紫外臭氧清洗，得氧化PDMS薄膜A和氧化PDMS薄膜B；
3)将双面胶A和双面胶B经数控激光切割出设定结构，双面胶B下表面粘贴氧化PDMS薄膜B，并采用刀模在氧化PDMS薄膜B的对应位置上雕刻出触发阀、止回阀和气孔；
4)将发热芯片和检测试纸填入双面胶A中，下表面粘贴氧化PDMS薄膜A，另一面粘贴氧化PDMS薄膜B，并于氧化PDMS薄膜B下表面涂覆皮肤粘附层，导通进液口，即得。
本发明还提供了一种汗液定向流多功能微流控芯片的应用，用于检测汗液中的生化参数。
作为一项优选的方案，所述生化参数为氯离子、钙离子、锌离子、铁离子、葡萄糖、pH、乳酸、尿素和肌酐中的任意一种。
相对于现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果为：
1)本发明所提供的定向流多功能微流控芯片通过触发阀和爆破阀的设置，实现了汗液的定量收集与测试，避免了因汗液收集不连续而导致的测试不准确的问题，且可起到有效提示和控制使用者运动量的效果。
2)本发明所提供的技术方案中，将弹性薄膜进行表面处理得到高模量氧化层，提高弹性薄膜的粘附性能，再和带有微流结构的双面胶层共同封装测试纸和发热夹片，并于弹性薄膜上设置触发阀和止回阀，即得；当汗液达到止回阀处液体开始分流，率先集满检测储液腔，随后突破爆破阀到达发热储液腔，汗液达到收集量时突破触发阀可实现自动热提醒，其后通过手动按压检测储液腔进行汗液的时序性测试。
3)本发明所提供的技术方案中，采用仿隔断心房与心室的人体心脏瓣膜设计的瓣膜触发阀的结构可使得汗液在一定汗压条件下突然释放，有效提高触发热反应的汗液量以达到更好的达到热提醒效果，且瓣膜阀的结构可使得汗液稳定的储存在储液腔中，避免了外力引起的通道变形导致的液体回流，保证了具有时序性的汗液采样。
4)本发明所提供的定向流多功能微流控芯片不仅可以解决柔性层结构难以结合、难以穿戴于皮肤的问题，还可以大幅度降低硅胶层的透气性，实现其在柔性防水穿戴器件、微流控储液方面的应用，以及同时实现体表出汗量自主提醒和汗液中离子浓度及时检测两种功能，更加精准的监测不同人群、不同部位的体表出汗量和汗液中的离子浓度，适用于患者康复运动的定量提醒和生化指标的实时检测。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的一种汗液定向流多功能微流控芯片的生产工艺流程图；
图1(Ⅰ)为PDMS倒膜过程，图1(Ⅱ)为激光雕刻双面胶和双面胶组装，图1(Ⅲ)发热芯片压片过程，图1(Ⅳ)紫外清洗机双面处理PDMS膜过程和图1(Ⅴ)为多功能微流控芯片组装过程；
图2为本发明实施例1所提供的一种汗液定向流多功能微流控芯片的结构示意图，以及爆破阀、触发阀和止回阀的结构示意图；
其中，图2(a)为微流控芯片的结构示意图，图2(b)为爆破阀的结构示意图，图2(c)为触发阀的结构示意图，图2(d)为止回阀的结构示意图；
图2(a)中：1-封装膜、2-双面胶B、3-氧化PDMS膜B、4-发热夹片、5-检测试纸、6-双面胶A、7-氧化PDMS膜A、8-皮肤粘附层、9-气孔、10-储液腔A、11-储液腔B、12-爆破阀、13-1触发阀A、13-2触发阀B、14-止回阀、15-进液口、16-微流通道、17-填料微流腔和18-试纸通道；
图3为本发明所提供的多功能微流控芯片在紫外臭氧清洗不同的时间下PDMS膜粘附力测试图；
图3(a)为小型拉伸机90°剥离紫外臭氧清洗不同的时间下PDMS膜与双面胶的示意图，图3(b)为紫外臭氧清洗不同的时间下PDMS膜与双面胶之间黏附力关系图
图4为本发明所提供的多功能微流控芯片的PDMS膜紫外处理时间与人工汗液蒸发率关系图；
图5为本发明所提供的多功能微流控芯片中触发瓣膜阀的结构与阀值关系图；
图6为本发明所提供的多功能微流控芯片中不同类型触发瓣膜阀与触发效果关系图；
图7为本发明所提供的多功能微流控芯片模拟不同运动状态下90°阀的触发效果关系图；
图8为本发明所提供的多功能微流控芯片模拟不同出汗速率下90°阀的触发效果关系图；
图9为本发明所提供的多功能微流控芯片模拟相同出汗速率下90°阀与空阀的触发效果关系图；
图10为本发明所提供的多功能微流控芯片检测在相同时间内人体不同部位的出汗量实物图；
图11为本发明所提供的多功能微流控芯片检测不同浓度氯离子的人工汗液检测结果实物图。
具体实施方式
本发明通过激光在双面胶上雕刻出微流结构，制备出完整的带有微流通道和微流腔的双面胶层；将多功能微流控芯片的PDMS膜置于紫外臭氧清洗机内处理，在其上下表面处理出致密的高模量氧化层；将被紫外臭氧清洗机处理过的PDMS膜与上下双面胶层相结合，并在PDMS膜的相应位置上分别雕刻出止回瓣膜阀和触发瓣膜阀；将PDMS膜置于紫外臭氧清洗机内处理在其上下表面处理出致密的高模量氧化层，与带有微流结构的双面胶层相结合，进行严密的封装，完成封装后与皮肤粘附层相适配，最终得到多功能微流控芯片并穿戴于人体皮肤。
本发明仿造隔断心房与心室的心脏瓣膜设计的瓣膜触发阀的结构可使得汗液在一定汗压条件下突然释放，有效提高触发热反应的汗液量以达到更好的达到热提醒效果，且瓣膜阀的结构可使得汗液稳定的储存在储液腔中，避免了外力引起的通道变形导致的液体回流，保证了具有时序性的汗液采样。该芯片可以同时实现体表出汗量自主提醒和汗液中离子浓度及时检测两种功能，更加精准的监测不同人群、不同部位的体表出汗量和汗液中的离子浓度，在人体健康监测方面具有重要意义。其次，由于氧化层具有较高的表面能可以显著增强硅胶与皮肤粘附层之间的粘附力，作为一种普遍适用的工艺方法解决柔性可穿戴器件与皮肤的匹配粘结的技术问题。同时，致密的氧化层可以大幅度降低硅胶层的透气性，增强其在可穿戴器件防水、微流控储液方面的应用。
实施例1
本发明所提供的一种基于瓣膜定向流机理的多功能微流控芯片及其生产工艺的流程图如图1所示，其中，微流控芯片中微流通道宽为300μm，深度为300μm；微流控芯片氧化PDMS膜A、氧化PDMS膜B和封装层的厚度均为100μm，表面粗糙度均为10μm；双面胶B的厚度为300μm，储液腔A和B为半径3㎜的圆，双面胶A的厚度为200μm；皮肤粘附层厚度为100μm，整个多功能微流控芯片厚度为900μm，本发明所用的发热粉末为生石灰。具体制备过程如下：
(a)浇筑：将PDMS按预聚物：固化剂为10：1的比例混合后，分别倒在PMMA模板和光滑PMMA平板上，放入高温干燥箱60℃固化，将固化后的PDMS膜A和B分别从模具上剥离下来；
(b)雕刻、组装：CAD导入设计图，分别激光切割双面胶A和B，将双面胶组装成需要的厚度；
(c)照射：将PDMS膜A和B在超声清洗机中用无水乙醇和去离子水分别超声10min，干燥后放入紫外臭氧清洗机内双面分别照射20min，得氧化PDMS膜A和氧化PDMS膜B；
(d)预组合、刻阀：将准备好的上双面胶B与氧化PDMS膜B的一面相结合，用刀模在氧化PDMS膜B的相应位置分别雕刻出止回阀和瓣膜顶角为90°的四瓣触发阀，再将双面胶A与氧化PDMS膜B的另一面相结合，气孔处开孔；
(e)压片、封装：称取0.003g发热粉末，用压片机在4MPa的压力下压成夹片，将检测试纸和发热夹片分别填入双面胶A的填料微流腔和试纸通道，并粘贴氧化PDMS膜A，最后将封装膜粘附于双面胶B表面；
(f)覆胶：将氧化PDMS膜A与皮肤粘附层相适配，即得。
图2(b)为本实施例中爆破阀局部图，从图中可以看出，即汗液到达止回阀处开始分流，同时向储液腔A和储液腔B流动，当汗液到达毛细管爆破阀时，由于液体表面张力的作用汗液被阻断，汗液率先集满储液腔B，随后毛细管爆破阀被突破，汗液到达储液腔A，进行汗液的时序性收集。
图2(c)为本实施例中所采用触发阀的俯视图和截面图，从图中可以看出，该触发阀为“十”型瓣膜阀，当触发阀受到的外部压力大于触发阀的压力时，触发阀开阀，储液腔中的汗液流向下面的微流腔。
图2(d)为本实施例中所采用止回阀的俯视图和截面图，从图中可以看出，该止回阀为“舌”型瓣膜阀，当止回阀受到的外部压力大于止回阀的压力时，止回阀开阀，微流通道中的汗液向上分流，同时流向储液腔A和储液腔B。
实施例2
本实施例制备过程与实施例1完全相同，仅将紫外臭氧清洗时间设定为10min。
实施例3
本实施例制备过程与实施例1完全相同，仅将四瓣触发阀的瓣膜顶角设为60°。
实施例4
本实施例制备过程与实施例1完全相同，仅将四瓣触发阀的瓣膜顶角设为180°。
实施例5
本实施例制备过程与实施例1完全相同，仅设定双面胶的厚度为实施例1中双面胶厚度的1/3。
实施例6
本实施例制备过程与实施例1完全相同，仅设定双面胶的厚度为实施例1中双面胶厚度的2/3。
对比例1
本对比例制备过程与实施例1完全相同，仅将紫外臭氧清洗时间设定为0min。
对比例2
本对比例制备过程与实施例1完全相同，仅将紫外臭氧清洗时间设定为30min。
对比例3
本对比例制备过程与实施例1完全相同，仅不设置触发阀。
本发明对以上实施例和对比例所得微流控芯片进行了如下测试：
1、对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2所得微流控芯片中氧化PDMS膜与双面胶之间进行抗拉强度测试。
如图3(a)所示，通过小型拉伸机(ZQ-990-A)进行粘附力测试，测试结果如图3(b)所示，当随着照射时间的延长，PDMS膜与双面胶层的抗拉强度总体趋势在增大。其中，照射时间从0提升至10min时，抗拉强度的增量不明显；当照射时间从10min提升至20min时，抗拉强度显著增加，可以达到23.5N左右，进一步的，当照射时间从20min提升至30min时,PDMS膜表面会产生裂纹，无法测试，这是由于氧化时间过久，PDMS表面氧化层过厚，导致氧化层内外成膜时间不一致而产生龟裂，由此可知，PDMS膜在照射时间为20min时，在保证膜表面整洁无裂纹的同时，还具有较高的表面能，与胶带之间的粘附力增强最为显著。
2、对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2所得微流控芯片进行芯片透气性测试。
测试过程为：
1)采用电子天平进行初始芯片称重，读数记为M0；
2)通过恒流泵以1μl/min的速度将45μl的人工汗液注射满整个芯片并加入0.1g液态蜡封芯片进液口和气孔，采用电子天平进行称重，读数记为M1；
3)将微流控芯片置于40℃的干燥箱中，每12个小时进行微流控芯片重量的测试，读数记为Mn，水分损失ΔM(g*cm-2*ay-1)计算公式如下：
Figure BDA0004017268750000101
其中M是在时间t内芯片质量的变化，以g为单位；S是芯片测试表面的面积，以cm2为单位；时间t以h为单位。
水分损失率(％)计算公式如下：
Figure BDA0004017268750000102
其中M0为未注人工汗液的芯片质量，以g为单位；M1为注入人工汗液芯片的初始质量，以g为单位。
测试结果如图4所示，结果表明，没有经过紫外臭氧处理的微流控芯片蒸发较快，而经过紫外处理的有着显著的防透气性能，且随着紫外臭氧处理时间越久，防蒸发效果越好。
3、对实施例1、实施例3和实施例4所得微流控芯进行瓣膜阀的阀值测试。
测试结果如图5所示，结果表明，180°阀的阀值最高，最为稳定，60°阀最容易突破，90°阀的阀值压力居中，为1.0KPa。由于汗液收集为一个缓慢的动态过程，阀值压力过高，会导致触发所需的汗压过高，汗液收集时间过长，而阀值压力过低，则导致汗液收集量过少，无法实现快速发热。
4、对实施例1、实施例3和实施例4所得微流控芯进行瓣膜阀热触发效果测试。
本发明所提供的多功能微流控芯片穿戴于人体皮肤表面进行汗液收集，当汗液集满微流腔体后会迫使中间瓣膜阀向下产生变形，液体流入下层填料腔，从而触发热响应达到出汗量警示的作用。然而，不同的瓣膜阀在相同条件下产生的变形程度是不一样的，因此能达到的触发效果也不同。具体测试方法如下：
1)将亚克力板基底固定在智能型石墨烯电热板上，将芯片粘附在基底上，热电偶置于芯片和基底之间；
2)将电热板温度调至32℃，模拟人体体表温度，再通过恒流泵以1μl/min的速度将45μl的人工汗液注射满整个微流控芯片；
3)液体集满微流腔后开始突破中间的瓣膜阀流向下层微流腔，与发热压片反应产生放热。
测试结果如图6所示，其中，180°阀的温度变化最小，60°阀的温度变化最大，体感知热的温度安全范围是45℃到55℃，因此，在满足人体最大限度感知温度的条件下，90°阀是最合适的选择，既满足了感知温度又具有一定稳定性。
5、对实施例1所得微流控芯片在不同状态下的触发效果进行测试。
微流控芯片穿戴在人体体表，监测人体体表出汗量，然而，人体体表皮肤是曲面形态，并且穿戴过程中，肢体会有各种运动姿态，使得芯片会随之发生各种变形，如：拉伸、平铺和弯曲。将实施例1所得微流控芯片，测试该芯片在平铺、拉伸、弯曲状态下的温度变化。具体方法如下所述：
(1)测试微流控芯片在平铺状态下触发过程的温度变化数据；
(2)将微流控芯片固定在拉伸夹具上拉伸10％，测试其在拉伸状态下触发过程的温度变化数据；
(3)将多功能微流控芯片固定在直径为2.5㎝的玻璃管上，测试其在弯曲状态下的温度变化数据。
测试结果如图7所示，我们可以发现三种状态下，温度变化幅度基本一样，这证实了90°阀多功能微流控芯片发热稳定适用于不同的运动状态，以及与人体皮肤的高匹配度保证了该芯片可贴于人体不同部位。
6、对实施例1所得微流控芯片在不同出汗速率下的触发效果测试。
不同年龄、不同性别、不同体型，以及同一个人不同身体部位的出汗速率是不同的，模拟不同出汗速率条件下，90°阀多功能微流控芯片热触发时温度变化情况。具体方法如下所述：
通过恒流泵分别以0.5μl/min、1μl/min、2μl/min和3μl/min的速度将45μl的人工汗液注射满整个微流控芯片；当液体集满微流腔后开始突破中间的瓣膜阀流向下层微流腔，与发热压片反应产生温度变化从而刺激皮肤。从而测得不同流速下90°阀多功能微流控芯片的温度变化曲线。
测试结果如图8所示，我们可以发现四种流速下，温度变化幅度基本一致，这证实了90°阀多功能微流控芯片发热稳定适用于不同出汗速率。
7、对实施例1和对比例3所得微流控芯片的热提醒效率进行测试
多功能微流控芯片应用于人体汗液监测方面，最常使用的电化学分析、比色分析、荧光分析等分析方法，通常需要借助外部仪器辅助测得汗液中的各项生理指标，无法很好的做到实时监测。因此，自主可控热提醒的多功能微流控芯片就能很好的解决这一问题。而经实验证实本发明所提供的一种基于瓣膜定向流机理的与皮肤粘附层相适配的多功能微流控芯片的效果更优，相较于以往的同类型产品。
结果比较如图9所示，实施例1所得微流控芯片相较于对比例1所提供的微流控芯片，在触发后反应更迅速、温度变化更显著、发热温度高于易于人体感知，且整个触发过程更为连续和持久。
8、本发明所提供的微流控芯片适用于人体不同部位、不同人群、不同环境下的体表出汗量进行自主热提醒和汗液中离子浓度及时检测。如图10所示，本发明所提供的微流控芯片可稳定贴付于人体各躯干的皮肤表面。
进一步的，对实施例1所得微流控芯片同时实现体表出汗量自主热提醒和汗液中离子浓度及时检测。
用注射泵以1μ1/min的速度从进口注射人工汗液，当大约进入45μ1的汗液量时，突破触发阀A，发热压片发生温度变化。用手指按压检测试纸上方的储液微流腔，待液体全部挤入下面的微流腔后，静置查看检测结果，结果如图11所示，通过观察试纸的颜色变化和所对应的刻度值，可准确、直观的读出汗液中氯离子的浓度。
9、考虑到不同部位、不同人群、不同环境下的出汗量不同的多次提醒，我们还对流芯片模型进行大小、通道的深度进行了一定的调整，以适应多种情况。
实施例1所得微流控芯片在收集45μ1的汗液量时，会使发热压片发生温度变化刺激皮肤，提醒人们出汗量达到警示值了，应停止运动并及时补充水分。同时提醒人们可以对汗液中离子浓度进行检测了。该模型适合胸部、背部等有很大出汗强度的部位或者持续强运动量的人或者高温工作者，比如足球运动员、夏天的防疫医护人员和高压架线的工人等，他们有高强度的出汗或者极热环境被迫出汗维持生理平衡。
实施例5所得微流控芯片在收集15μ1的汗液量时，会使发热压片发生温度变化刺激皮肤，并提醒人们可以对汗液中离子浓度进行检测了。该模型适合耳背等出汗强度较弱的部位，或者老人、小孩、病人、办公室工作的人等，他们出汗强度较弱。
实施例6所得微流控芯片在收集30μ1的汗液量时，会使发热压片发生温度变化刺激皮肤，并提醒人们可以对汗液中离子浓度进行检测了。该模型适合手臂、头部、腹部等有一定出汗强度的部位或者有一定运动量的的人，比如上课的老师等。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实验本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (12)

1.一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于，包括：由下至上依次粘附为皮肤粘附层(8)、氧化弹性薄膜A(7)、双面胶A(6)、氧化弹性薄膜B(3)、双面胶层B(2)和封装膜(1)；所述皮肤粘附层和氧化弹性薄膜A设有进液口；所述双面胶A(6)与氧化弹性薄膜B(3)之间夹有发热夹片(4)和带有首端与尾端的检测试纸(5)；所述双面胶A(6)包括设有进液端和出液端的微流通道；所述氧化弹性薄膜B上设有位于发热夹片正上方并联通的触发阀A(13-1)和检测试纸首端正上方并联通的触发阀B(13-2)；所述氧化弹性薄膜B上设有位于微流通道出液端正上方并联通的止回阀(14)；所述双面胶层B分别设有位于触发阀A正上方并联通的储液腔A(10)和位于触发阀B正上方并联通的储液腔B(11)，储液腔A和储液腔B通过位于止回阀正上方的爆破阀(12)联通。
2.根据权利要求1所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述微流通道的进液端与皮肤粘附层和氧化弹性薄膜A上的进液口位于同一垂线上并联通。
3.根据权利要求1所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述氧化弹性薄膜B、双面胶层B和封装膜上设有气孔，气孔位于同一垂线上并联通；所述气孔数量≥1。
4.根据权利要求1所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述止回阀与热触发储液腔相连的通道上还设有阻断器；所述阻断器为回流阻断器。
5.根据权利要求1所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述止回阀为瓣膜止回阀，瓣膜止回阀的阀片直径大于等于0.3mm且小于等于1mm。
6.根据权利要求1所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述触发阀A和触发阀B均为瓣膜触发阀，所述瓣膜触发阀的瓣膜顶角为60～180°，变形角度为0～30°。
7.根据权利要求6所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述瓣膜触发阀的开口直径为0.5～3mm；所述触发阀A的阈值压力为0.8～1.2KPa，触发阀B的阈值压力为0.8～1.2KPa，且触发阀B的阈值压力大于触发阀A的阈值压力。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片，其特征在于：所述氧化弹性薄膜A和氧化弹性薄膜B为记忆合金薄膜、弹性类金刚石膜和弹性硅膜中的一种；所述微流控芯片的厚度为600～1000μm。
9.权利要求1～8任意一项所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括：
1)将弹性薄膜A和弹性薄膜B的紫外臭氧清洗，得氧化弹性薄膜A和氧化弹性薄膜B；
2)将双面胶B激光雕刻后下表面粘贴氧化弹性薄膜B，上表面粘贴封装层，并于氧化弹性薄膜B上雕刻触发阀、止回阀和气孔；
3)将双面胶A激光雕刻后填入发热夹片和测试试纸，下表面粘贴氧化弹性薄膜A，另一面粘贴氧化弹性薄膜B；
4)将皮肤粘附层粘贴于氧化弹性薄膜A的下表面，导通二者进液口，即得。
10.根据权利要求9所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述弹性薄膜A和弹性薄膜B为PDMS薄膜，其制备过程为：将PDMS预聚物与固化剂混合后铺设于模具板上，依次经烘干固化、剥离，即得。
11.根据权利要求9所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片的制备方法，其特征在于：所述紫外臭氧清洗时间为10～20min；所述皮肤粘附层与氧化弹性薄膜B粘贴的方式为柔性3M胶粘附。
12.权利要求1～8任意一项所述的一种汗液定向流多功能微流控芯片的应用，其特征在于：用于检测汗液中的生化参数；所述生化参数为氯离子、钙离子、锌离子、铁离子、葡萄糖、pH、乳酸、尿素和肌酐中的任意一种。
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