【摘要】：隨著物質(zhì)水平極大提高,人們也越來越關(guān)注個人健康,各類隨身健康檢測器件進入人們的生活。血壓、肢體行為、溫度等傳感器件廣泛用于老年人及嬰幼兒的監(jiān)護中,這些隨身傳感器具有體積小、高柔性、舒適性高等特點。微流控技術(shù)具有靈敏度好、效率高、試劑需求小、污染低等特點,在隨身傳感器件的應(yīng)用方面有著獨特的優(yōu)勢。微流體技術(shù)的核心部位是微通道,最初作為微流控器件的微通道僅僅是限制流體運動的狹小空間,主要用于分離裝置及微反應(yīng)器。微通道的選材多以硅片、玻璃片、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等剛性塊體材料為主。受限于微通道功能及結(jié)構(gòu)的單一、柔性較差等特點,目前微流控器件很難應(yīng)用于柔性傳感器中,國際上對柔性微通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能化修飾的研究也比較少。結(jié)合微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計與微通道功能化修飾,制備高柔性、多功能、舒適性隨身傳感器具有重要意義。本課題從微流控器件的設(shè)計與微通道功能化修飾著手,采用光刻工藝、濕化學(xué)方法、高速編織技術(shù)、靜電紡絲技術(shù)、微流控紡絲技術(shù)等制備了柔性微流控傳感器件和中空傳感纖維,測試了其柔韌性、力學(xué)性能、編織性能,同時對其pH、溫度、肢體行為傳感性能做了系統(tǒng)分析和研究。具體內(nèi)容如下:1.使用浸漬涂布的方法制備聚乙烯醇縮丁醛(PVB)包覆的微型Ag/AgCl參比電極,使用濕化學(xué)法和電沉積方法在聚對苯二甲酸乙二醇酯/氧化銦錫(PET/ITO)表面構(gòu)筑一層ZnO/聚苯胺(PAni)微納米結(jié)構(gòu)陣列,分別以其為對電極和工作電極,在不同pH值溶液中測試ZnO/PAni工作電極的表面電位。測試結(jié)果表明Ag/AgCl微型參比電極具有較好的穩(wěn)定性,30 min內(nèi)電位波動僅為3 mV。ZnO/PAni工作電極具有較高的pH傳感性能以及工作穩(wěn)定性,靈敏度達120mV/pH。然后使用水分散性還原氧化石墨烯(rGO)交聯(lián)聚(N-異丙基丙烯酰胺)PNIPAm制備得到PNIPAm/rGO溫敏水凝膠,以其作為pH值校準(zhǔn)的溫度傳感器。PNIPAm/rGO溫敏水凝膠具有較高的溫度傳感靈敏度,其電阻變化量高達-3.3%/℃。最后,將ZnO/PAni電極、PVB包覆的Ag/AgCl微型參比電極、PNIPAm/rGO溫敏水凝膠纖維集成在柔性聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)微流控器件中。2.使用濕化學(xué)的方法在柔性中空硅玻璃毛細管內(nèi)壁構(gòu)筑了雙層超長草叢狀ZnO微納米結(jié)構(gòu),其垂直高度可達50μm。構(gòu)筑的Zn微納米結(jié)構(gòu)具有較好的溫度傳感性能及穩(wěn)定性。在溫度不變時,ZnO的電阻在100 s內(nèi)保持不變,從室溫23℃至60℃測得溫度傳感靈敏度達-2.4%/℃。然后,對ZnO表面進行修飾,得到均勻分布的ZnO/Pt微納米結(jié)構(gòu)陣列,其在對鄰硝基苯酚還原與亞甲基藍降解的溶液反應(yīng)中,表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,可用于催化式傳感器。3.使用高速編織技術(shù)制備出高力學(xué)強度的棉線管道,以此為基底使用浸漬涂布法和濕化學(xué)法在棉線管道表面修飾一層單壁碳納米管(SWCNTs)/ZnO微納米結(jié)構(gòu)。使用靜電紡絲技術(shù)在SWCNTs/ZnO表面制備一層聚偏氟乙烯(PVDF)纖維膜,將之組裝成可用于檢測脈沖流體對管壁的壓力、脈沖頻率和流體溫度的微流控器件。同時,這種微流控器件還可以用于檢測按壓、彎曲等肢體行為,根據(jù)電壓的信號大小還能夠分辨出彎曲的角度。4.通過對雙乳液理論、液滴-噴射流轉(zhuǎn)變規(guī)則的解析,使用聚四氟乙烯管(PTFE)搭建微流控紡絲裝置,制備出中空聚乳酸(PLA)纖維。通過簡單的組分調(diào)節(jié),可以連續(xù)制備出功能化修飾的中空PLA纖維,包括具有信息編碼功能的串珠狀PLA纖維、核殼結(jié)構(gòu)熱致變色PLA纖維。這些溫敏變色PLA纖維具有較好的編織性能及溫度敏感性,并可以規(guī)模化生產(chǎn),在智能變色傳感紡織品方面有著明確的應(yīng)用價值。
【圖文】：

器件制備到應(yīng)用涉及多個領(lǐng)域的方方面面。自 1990 年微流控芯片的概念后，微流控器件迎來了迅速的發(fā)展明了 PDMS 軟刻蝕的方法，2001 年，RSC 創(chuàng)辦了 Lauake 在Science 上發(fā)表了題為“微流控芯片大規(guī)模集成志把微流控技術(shù)譽為改變未來的七種技術(shù)之一。當(dāng)前的公司也相繼創(chuàng)立。微流控器件最初主要應(yīng)用于生物 的制備、Polymerase Chain Reaction (PCR)反應(yīng)、蛋白過程都是在液相環(huán)境中進行的。毛細管電泳系統(tǒng)是 20的第一個微觀分析系統(tǒng)，以單芯片的方式問世[1]。許泳芯片進行化學(xué)分析，，其毛細管直徑通常為 10 至 10技有限公司提供用于 DNA 和蛋白質(zhì)分析的微流體芯細管電泳分離相結(jié)合，提供了液體推進力，樣品在芯后通過毛細管電泳分離，并使用熒光檢測進行分析（微流控技術(shù)有限公司能夠大量生產(chǎn)各種用途的微流控制作已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。

l[9]反應(yīng)，Reimer Tieman[10]等反應(yīng)。在微通道中進行合成控制和優(yōu)化反應(yīng)條件，這些為合成一些貴重物品，或一些等提供了一個盡量減少損失的有利的反應(yīng)條件。技術(shù)在生物化學(xué)領(lǐng)域的研究日趨成熟，核酸蛋白質(zhì)和細胞生命體征檢測領(lǐng)域尚處于早期階段。近年智能可穿戴設(shè) 年谷歌眼鏡問世，2013 年無線智能手環(huán)問世，2014 年 年 Ms Hololens 問世。此外，一些可穿戴設(shè)備也逐漸進入兒及老年人的監(jiān)護。 這些可穿戴設(shè)備往往具有柔性、舒征信號等特點。微流控器件因其具有快速的傳質(zhì)傳熱、，易集成化等特點在人體體征信號檢測方面具有潛在的征檢測的微流控器件成了近些年的研究熱點。器件的制備
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ427.26;TN492

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