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应用于血浆粘度测量的磁弹性敏感微流道芯片

【摘要】:医学研究表明,血浆粘度可用于一些疾病的早期诊断,具有重要的临床意义。传统粘度计成本高,检测时需要大量液体,要求专业人员操作,并且设备需要经常维护。MEMS谐振式粘度传感器具有测量精度高,能够实现微升级液体粘度测量等诸多优势而备受关注,但是,基于压电材料的MEMS粘度传感器制备方法复杂,其中悬臂梁结构的粘度传感器还需要复杂的光学检测装置。鉴于上述背景,本文设计一种新型的磁弹性敏感微流道芯片。该微流道芯片由四部分组成,分别为:平面线圈、微流道系统、定位槽结构层以及磁弹性传感器。基于磁致伸缩材料的磁弹性传感器,完全通过磁场进行驱动与检测,具有无线无源的特性;此外,磁弹性传感器在液相中具有高品质因子,保证其粘度测量范围大的优势。本文选择平面线圈产生激励磁场并检测响应信号,平面线圈可以用MEMS工艺高精度制备并且易于集成。用于液体测量的微流道系统由PDMS制成,液体室的大小可以根据磁弹性传感器的大小设计。磁弹性传感器的无线无源特性以及平面线圈的二维结构使得本芯片低成本集成。本文设计并制备了平面线圈,微流道系统层,并通过简单的粘接实现了芯片的集成。本文首先利用所制备的微流道芯片对已知粘度和密度的甘油水溶液进行测量,实验结果表明,该芯片可以检测的液体粘度范围大。同时通过测量传感器在粘度范围为1cP-3cP甘油水溶液中频率变化,确定了芯片在人体血浆范围内的测量标准线。在此基础上测量人体血浆粘度,验证了此芯片可以用于分辨正常与非正常人体血浆粘度。此外,本文还研究了磁弹性传感器的不同振动模式对粘度测量的影响。本芯片所需测量液体为100μL,测量速度快,该研究对将来发展便携式测量技术具有重要意义。

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