摘要
微流控芯片被科学家誉为“芯片上的实验室”，是基于物理、化学、生物学、流体动力学、微电子学和材料科学的综合原理的一个近些年来发展出的全新领域。从微流控芯片被提出以来，因其具有尺寸小，操作便捷和多功能集成化等优点，使得其可以使用少量反应物，达到所期望的实验效果，在各个领域均有广泛的应用，尤其是在合成与分析检测等方面。此外，通过相互关联的科学领域的一系列进步，微流控芯片在未来可能达到工业化、大规模生产。因此，微流控芯片领域有望扩展纳米粒子合成以及纳米和生物医学的相关应用领域，将制造出解决某些当前最紧迫的医疗保健问题的颠覆性应用。微流控芯片提供了使各种化学和生物操作自动化的潜力，这些操作适用于诊断和治疗，具有更高的效率以及更高的可重复性和再现性。为此，本文对微流控芯片的结构设计和功能的集成做出了尝试性的工作，旨在完善微流控芯片的设计思路，拓展微流控芯片与其他领域的结合，实现微流控芯片的多维度应用。本文的主要研究内容如下: 1.对微流控芯片的制作工艺进行深度的系统性探索，利用软光刻工艺和激光雕刻工艺制作出微流控芯片。在此基础上对几种常用的微流控芯片的结构进行改进，使其具有更多的功能。同时，为了验证和改进结构设计，通过模拟的方式对设计的结构进行模拟实验，验证其能否实现功能并基于模拟的结果对结构进行改进，使其设计更加合理，提高其使用效率。 2.将微流控芯片应用于汗液电子皮肤，利用激光雕刻的方法制作汗液电子皮肤的微通道，大大节省了成本。在此基础上，通过模拟对结构进行优化设计，使微通道符合使用要求并可以搭载实现其他功能的器件。同时，将水伏发电、湿度发电、显色试纸和温敏电阻与微通道进行结合，实现出汗量实时监测、汗液成分分析和自供能皮肤表面温度测量等功能，拓展了汗液电子皮肤的功能，使其可检测范围更广，实现对汗液健康的全方位多角度监测。 3.将微流控芯片应用于皮肤电极的制作，实现水凝胶电极的图案化。以PVA和明胶作为基底，制作冷冻交联的水凝胶，解决水凝胶在微通道中的填充问题，同时，加入了水-甘油的保水系统，保证水凝胶在长时间使用时的有效性。制得的液态金属水凝胶具有良好的热阻性能，在人体皮肤正常温度情况下，其阻值和温度具有良好的线性关系。通过设计不同的图案，使皮肤电极具有皮肤表面温度测量、皮肤水合程度检测和表面肌肉电信号检测等功能，并将这些功能在人体上进行了测试。所制得的皮肤电极可以实现上述功能，且展现出了在智能控制和病人早期康复状态监测等领域应用的潜能。
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