專利名稱：一種基于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生號脈系統(tǒng)，尤其涉及一種基于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
脈診是中醫(yī)四診的重要組成部分，我國自古以來就利用脈象信息來診斷疾病并形 成了中醫(yī)的脈診學體系。脈診是我國傳統(tǒng)醫(yī)學中最具特色的一項診斷方法，也廣泛被其它 國家的醫(yī)生所采用，在疾病的診斷和人體健康的檢測方面起著重要作用。探索中醫(yī)脈診客 觀化、規(guī)范化方法，是中醫(yī)臨床研究的重要課題。實現(xiàn)脈診的客觀化、規(guī)范化，關(guān)鍵在于研發(fā) 出現(xiàn)代化的脈象信息采集系統(tǒng)，克服醫(yī)生個人的主觀化描述，結(jié)束中醫(yī)“在心易了、指下難 明”的尷尬狀況。目前大多數(shù)用于臨床診治和基礎(chǔ)研究的脈象信息采集系統(tǒng)存在一些問題，例如采 集平臺體積偏大，便攜性、通用性不夠好；用于脈搏信號檢測的傳感器多為液態(tài)式、光電式、 應(yīng)變式和壓電式傳感器，這些傳感器受傳感器原理、結(jié)構(gòu)體積、敏感元件性能、制造工藝等 因素影響，檢測點數(shù)目受到很大限制，且各檢測點之間相互作用和相互影響，降低了檢測靈 敏度，而且傳感器的輸出與號脈時脈搏搏動所引起的皮膚形變間很難具有線性關(guān)系，得到 的脈搏信號不能細致和準確地反映號脈處皮膚表面空間各點的變化，無法全面采集脈象信
自 AjVAjV 尼、寸寸ο因此，需要一種新型的便捷的檢測和分析系統(tǒng)來獲取更為準確的脈象信息。近年 來，微流控芯片作為一種新型的分析平臺具有微型化、自動化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點， 已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，例如細胞生物學、分析化學、材料學、組織工程和微電 子等領(lǐng)域。然而，利用微流控技術(shù)來模擬中醫(yī)號脈診斷，獲取全面的脈象信息進行生理病理 信息的分析，在世界范圍內(nèi)尚未有實質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的脈象信息采集系統(tǒng)體積偏大、不能準確細致 地采集脈搏信號的缺陷，從而提供了一種體積微小、且能夠準確地采集脈搏信號的基于微 流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)包括微流控芯片、微流體驅(qū)動裝 置、檢測裝置、微槽和傳感薄膜；該微流控芯片具有裝載有微流體的多個上述微槽，所述的 傳感薄膜覆蓋于所述多個微槽上，并且用于將微流控芯片獲得的待號脈部位的脈搏信號傳 導(dǎo)給所述微槽中的微流體；所述的微流體驅(qū)動裝置內(nèi)置于微流控芯片中，該微流體驅(qū)動裝 置用于驅(qū)動微流體在所述微槽中流動；所述的檢測裝置用于檢測所述微槽中的微流體的流 量、流速或者壓力。所述的傳感薄膜與所述微槽相覆蓋的表面具有陣列式排列的三維微米和三維納 米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)中的一種。所述微流控芯片包括封合在一起的下芯片及上芯片；所述的下芯片上具有多個并列的微槽以及覆蓋于該多個并列的微槽上的傳感薄膜；所述的上芯片包括用于容納待號脈 部位的開放槽，該開放槽的底部具有開放通道，該開放通道位于所述傳感薄膜的正上方，用 于使容納于所述開放槽中待號脈部位與所述傳感薄膜相接觸。所述的上芯片還包括嵌于所述的上芯片開放通道中的薄片，且薄片背向傳感薄膜 的表面具有分別與人體待號脈部位的手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的三個類指狀的 突起。所述的微流體驅(qū)動裝置是內(nèi)置于所述的下芯片中；所述的微流體驅(qū)動裝置為電滲泵。所述的下芯片還具有信號采集微孔；所述檢測裝置是通過該信號采集微孔檢測所 述多個并列的微槽中的單個微槽中的微流體的流量、流速或壓力，或者檢測所述多個并列 的微槽中的多個微槽中的微流體的疊加流量、流速或壓力。所述微流控芯片通過以下步驟制得A、在基材表面形成多個微槽(可通過刻蝕得到)，以作為下芯片；B、在基材表面形成開放槽和開放通道，以作為上芯片，所述開放槽用于容納待號 脈部位，開放通道位于開放槽底部；C、對傳感薄膜進行表面修飾，在其表面形成陣列式排列的三維微米和三維納米分 級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)中的一種，將所述傳感薄 膜形成有陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、或陣 列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)的一面覆蓋于所述多個微槽上；D、將表面具有三個與人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的類指狀的突起的 薄片嵌于所述上芯片的開放通道中，且使其具有所述突起的表面背向傳感薄膜；以及E、將下芯片與上芯片封合，使覆蓋于所述多個微槽上的傳感薄膜位于所述開放通 道的正下方。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括壓力密封腔，用于給待號脈部位施加號脈壓力。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括壓力調(diào)節(jié)裝置，該壓力調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述壓力密封腔給 所述待號脈部位施加的號脈壓力。本發(fā)明的傳感薄膜優(yōu)選為壓電薄膜。在本發(fā)明提供的基于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)中，通過微流體驅(qū)動裝置驅(qū)動微 流體在微流控芯片的微槽中流動來模擬血液通過心臟搏動在血管中流動，由傳感薄膜將人 體的脈搏信號傳遞給流于微槽中的微流體，從而將人體的脈搏信號轉(zhuǎn)換成微流體的流量、 流速或者壓力信號，然后基于該流量、流速或者壓力信號對人體生理病理信息進行分析。由 于微流控芯片中的多個微槽對待號脈部位的血管進行了很好地仿真，從而脈搏信號可以很 好地體現(xiàn)在微槽中的微流體中，多個微槽的平行排列也克服了傳統(tǒng)的單點或復(fù)合多點壓力 傳感器檢測點數(shù)目有限、檢測靈敏度不高的缺陷。此外，本發(fā)明的基于微流控芯片的仿生號 脈系統(tǒng)還具有體積小、便攜性好和靈敏度高的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的仿生號脈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為下芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3a為上芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖北為上芯片的截面圖。
圖4為本發(fā)明的仿生號脈系統(tǒng)的一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明的仿生號脈系統(tǒng)的再一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖< 附圖標記
IOa.下芯片 30.檢測裝置 60.微處理芯片 120.傳感薄膜 150.開放通道 160a、160b、160c.突起 170a.單個微通道處 170b、170c、170d、170e.微通道的匯集處 180.微流體循環(huán)通道190.驅(qū)動通道 410.壓力調(diào)節(jié)裝置
a.陣列式排列的納米線陣列結(jié)構(gòu)
b.陣列式排列的乳突形陣列結(jié)構(gòu)
c.陣列式排列的齒輪形陣列結(jié)構(gòu)
10.微流控芯片 20.微流體驅(qū)動裝置 50. A/D轉(zhuǎn)換器 110.微槽 140.開放槽 160.薄片
170.信號采集微孔
IOb.上芯片 40.壓力密封腔 70.計算機 130.微通道
具體實施例方式下面參考附圖詳細描述本發(fā)明。圖1為本發(fā)明的仿生號脈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基 于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微流控芯片10、微流體驅(qū)動裝置、檢測裝置、 微槽和傳感薄膜；該微流控芯片10具有裝載有微流體的多個微槽110以及傳感薄膜120， 該傳感薄膜120覆蓋于所述多個微槽110上，用于將微流控芯片獲得的待號脈部位的脈搏 信號傳導(dǎo)給所述微槽110中的微流體；所述的微流體驅(qū)動裝置20內(nèi)置于微流控芯片中，該 微流體驅(qū)動裝置用于驅(qū)動微流體在所述微槽110中流動；所述的檢測裝置30用于檢測所述 微槽110中的微流體的流量、流速或者壓力。其中，所述微流體可以是去離子水。所述微流控芯片的尺寸可以是40 60 X 40 60X2 5(長X寬X厚)。所述微流控芯片中包括并列排列的多個微槽，每個微槽的尺 寸可以是10 30X0. 2 0. 6X0. 2 0. 6mm(長X寬X深)。優(yōu)選情況下，所述微流控 芯片包括3組微槽，分別對應(yīng)于人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺三個部位，每組微槽包含12個 微槽，每個微槽的尺寸為20X0. 4X0. 4mm(長X寬X深)，處于同一組微槽的微槽之間的 間距可以是0. 4mm，各組微槽之間的間距為0. 8mm。當然，微槽的布局并不限于此，為了檢測 人體手腕橈動脈除寸、關(guān)、尺三個部位之外的其他部位的脈搏，可以在與其他待測部位相對 應(yīng)的位置設(shè)置微槽。具體而言，所述微流控芯片包括下芯片IOa和上芯片10b。圖2為下芯片IOa 的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，下芯片IOa上具有多個并列的微槽110以及覆蓋于該多個 并列的微槽110上的傳感薄膜120，圖2中示出了依次連通的驅(qū)動通道190、微通道130、 微槽110、微通道130以及微流體循環(huán)通道180，其中所述驅(qū)動通道190的尺寸可以為10X0. 4X0. 4mm(長X寬X深)，微通道130和微流體循環(huán)通道180的寬度和深度可以分 別為 0. 2X0. 2_。圖3a和北分別為上芯片IOb的結(jié)構(gòu)示意圖以及截面圖，如圖3a和圖北所示， 上芯片IOb包括用于容納待號脈部位的開放槽140，該開放槽的長度可以是4 5cm，寬度 可以是4 5cm，對應(yīng)于上芯片的厚度2mm、3mm、4mm或5mm，該開放槽的深度可以是1. 8mm、 2. 8mm, 3. 8mm或者4. 8mm，該開放槽140的底部具有開放通道150，該開放通道150的尺寸可 以是3X 1 3X0. 02cm(長X寬X深)，該開放通道150位于所述傳感薄膜120(該傳感 薄膜120的尺寸可以是3X1 3X0. 03 0. Icm(長X寬X厚))的正上方，用于使容納 于開放槽140中待號脈部位與所述傳感薄膜120相接觸。在號脈過程中，將待號脈部位放 置在所述開放槽140中，使得待號脈部位通過所述開放通道150而與傳感薄膜120相接觸， 傳感薄膜120會將待號脈部位的脈搏信號傳遞給位于傳感薄膜120之下的多個并列的微槽 110中的微流體，從而通過檢測微流體的流量、流速或者壓力來對人體生理病理信息進行分 析。優(yōu)選地，所述傳感薄膜120與所述多個微槽110相覆蓋的表面具有陣列式排列的 三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu) 中的一種。按照本發(fā)明，所述陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三 維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)，可以為納米線陣列結(jié)構(gòu)、三角形陣列結(jié)構(gòu)、乳突 形陣列結(jié)構(gòu)、棒狀形陣列結(jié)構(gòu)、柱狀形陣列結(jié)構(gòu)和齒輪形陣列結(jié)構(gòu)等中的一種或幾種。如圖 2所示，其中，a為陣列式排列的納米線陣列結(jié)構(gòu)，b為陣列式排列的乳突形陣列結(jié)構(gòu)，c為陣 列式排列的齒輪形陣列結(jié)構(gòu)。具體來說，所述陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu) 中的微米結(jié)構(gòu)指的是其陣列主體(凸起部位的高和寬都是微米)結(jié)構(gòu)的尺寸為微米，其陣 列主體結(jié)構(gòu)的表面有納米結(jié)構(gòu)，和/或其陣列主體結(jié)構(gòu)之間的尺寸為微米或納米(凹處部 位)尺寸；例如乳突形陣列中的乳突為微米(高和寬都是微米)尺寸，乳突的表面有納米結(jié) 構(gòu)(如納米尺度的小乳突)，乳突之間的尺寸為微米或納米尺寸；齒輪形陣列中的齒輪為微 米(高和寬都是微米)尺寸，齒輪表面有納米結(jié)構(gòu)，齒輪之間的尺寸為微米或納米；納米線 形陣列中的納米線為微米(高和寬都是微米)尺寸，縱向排列的納米線表面有納米結(jié)構(gòu)，納 米線之間的尺寸為微米或納米；因此才稱為微米/納米分級結(jié)構(gòu)的組合。所述陣列式排列 的聚合物的三維微米結(jié)構(gòu)中的微米結(jié)構(gòu)指的是其陣列主體(凸起部位的高和寬都是微米) 結(jié)構(gòu)的尺寸為微米，其陣列主體結(jié)構(gòu)之間的尺寸為微米或納米(凹處部位)尺寸；所述陣列 式排列的聚合物的三維納米結(jié)構(gòu)中的納米結(jié)構(gòu)指的是其陣列主體(凸起部位的高和寬都 是納米)結(jié)構(gòu)的尺寸為納米，其陣列主體結(jié)構(gòu)之間的尺寸為微米或納米(凹處部位)尺寸。由此，上述陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米 結(jié)構(gòu)、或陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)能夠?qū)γ}搏信號進行放大，使脈搏信號很好地體現(xiàn)在 流動于微槽中的微流體上，提高脈搏信號的靈敏度和解析度。按照本發(fā)明，所述陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三 維微米結(jié)構(gòu)、或陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選是由直徑(或中位線)在5微米以下的陣 列組成，陣列間距為幾十至百個納米。一般而言，待號脈部位均取人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺三部分區(qū)域。為了更好地模擬人工號脈方式，優(yōu)選地，所述上芯片IOb還包括薄片160，該薄片160嵌于所述上芯片 IOb的開放通道150中，且其背向傳感薄膜120的表面具有分別與人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、 尺區(qū)域相對應(yīng)的三個類指狀的突起(160a、160b以及160c)。所述薄片160可以是PDMS (聚 二甲基硅氧烷)薄片、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)薄片、PC(聚碳酸酯)薄片、硅片或者石英 片。當將待號脈部位放置在所述開放槽140中時，嵌于所述開放通道150中的薄片160的 三個類指狀的突起(160a、160b以及160c)便可以模擬醫(yī)生號脈之時壓在手腕橈動脈的寸、 關(guān)、尺三部分區(qū)域的三個手指，從而更好地獲取寸、關(guān)、尺三部分區(qū)域的脈搏信號。當然，本 發(fā)明的仿生號脈系統(tǒng)并不僅僅適用于對手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺三部分區(qū)域的脈搏信號進 行采集，還可以對人體其他部位的脈搏信號進行采集。其中，所述微流控芯片10可以通過以下步驟制得A、在基材表面形成多個微槽110，以作為下芯片IOa ；B、在基材表面形成開放槽140和開放通道150，以作為上芯片10b，所述開放槽140 用于容納待號脈部位，開放通道150位于開放槽140底部；C、將傳感薄膜120覆蓋于所述多個微槽110上；以及E、將下芯片IOa與上芯片IOb封合，使覆蓋于所述多個微槽110上的傳感薄膜位 于所述開放通道150的正下方。優(yōu)選地，所述步驟C可以是對傳感薄膜120進行表面修飾，在其表面形成具有陣 列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三 維納米結(jié)構(gòu)中的一種，將所述傳感薄膜120形成有具有陣列式排列的三維微米和三維納米 分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、或陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)的一面覆蓋于所述 多個微槽110上。其中，對傳感薄膜120進行表面修飾以在其表面形成具有陣列式排列的三維微米 和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、或陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)的方法 是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，例如可以采用常規(guī)的各種方法在基材上(如基材可選自高分 子聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚二甲基硅 氧烷)、或者金屬材料(銅、鋁、不銹鋼、鎳)中的一種或幾種)先形成陣列式排列的三維 微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、或陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)，例 如，可以通過物理方法，如數(shù)控銑刻、光刻掩模、軟刻蝕技術(shù)等加工方法，制備三角形陣列、 乳突形陣列和齒輪形陣列等；也可以通過化學方法，制備納米線陣列，例如，氧化鋅納米線 陣列、氧化鈦納米線陣列、氧化錫納米線陣列、碳納米管陣列、金屬納米線陣列、硅納米線陣 列等；所述納米線陣列的制備方法可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的方法進行，以氧化鋅納米線陣列 的制備為例，其制備過程如下將SiO溶膠均勻涂于傳感薄膜120(如金箔)，在高溫OOO 4000C )處理后，形成一層100 200納米厚的晶種膜；然后將其上形成有晶種膜的傳感薄 膜浸入硝酸鋅六水合物(0.025M)和六亞甲基四胺(0.025M)的水溶液中，在85°C下加熱15 小時；最后，用去離子水清洗，在85°C下烘干，得到氧化鋅納米線陣列。優(yōu)選地，所述步驟C與步驟E之間還可以包括步驟D 將表面具有三個與人體手腕 橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的類指狀的突起的聚二甲基硅氧烷薄片嵌于所述上芯片IOb 的開放通道150中，且使其具有所述突起的表面背向傳感薄膜120。其中，所述基材可以為石英、玻璃、硅材料、高分子聚合物或者金屬材料。在基材表面形成微槽110、開放槽140和開放通道150通過以下方法中的一者或者多者實現(xiàn)數(shù)控銑 刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學腐蝕以及軟光刻技術(shù)。所述傳感薄膜120只 要是能產(chǎn)生形變的薄膜材料即可，例如可以是金屬薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜、乳膠薄膜、 聚乙烯薄膜、導(dǎo)電薄膜或者聚偏四氟乙烯壓電薄膜。所述陣列式排列的三維微米和三維納 米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選是形成于所述 傳感薄膜120表面的氧化鋅納米線陣列、氧化鈦納米線陣列、氧化錫納米線陣列、碳納米管 陣列、金納米線陣列或硅納米線陣列等等。下面給出微流控芯片的制作方法的三種實施方式第一實施方式利用光刻-化學腐蝕法分別在兩片玻璃的表面刻蝕出上述上芯片和下芯片上所 具有的圖案，得到上下兩片玻璃芯片。將上下兩片玻璃芯片用乙醇、去離子水、丙酮、乙醇逐 次清洗后，室溫晾干。對壓電PVDF薄膜進行表面化學修飾，在其表面形成陣列式氧化鋅納米線陣列，該 氧化鋅納米線的直徑為幾十到幾百個納米，長度可以到幾個微米。將壓電PVDF薄膜形成有 陣列式氧化鋅納米線的一面覆蓋于下玻璃芯片的多個并列的微槽之上。將表面具有三個與人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的類指狀的突起的 PDMS薄片嵌于上玻璃芯片的開放通道中，且使其具有所述突起的表面背向壓電PVDF薄膜。利用雙層壓力粘性薄膜(ARcare 8890)在壓力下將上下兩片玻璃芯片封合，使 覆蓋于所述多個并列的微槽上的壓電PVDF薄膜位于所述開放通道的正下方。第二實施方式利用準分子激光刻蝕機分別在兩片聚甲基丙烯酸甲酯基材表面蝕刻出上述上芯 片和下芯片上所具有的圖案，得到上下兩片聚甲基丙烯酸甲酯芯片。將上下兩片聚甲基丙 烯酸甲酯芯片用乙醇、去離子水、乙醇逐次清洗后，自然晾干。通過光刻掩模、化學腐蝕和復(fù)型在聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)的表面形成陣列 式乳突，該陣列式乳突的長、寬和高可以是幾百納米到幾個微米的。將聚二甲基硅氧烷薄片 形成有陣列式乳突的一面覆蓋于下聚甲基丙烯酸甲酯芯片的多個并列的微槽之上。將表面具有三個與人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的類指狀的突起的 PDMS薄片嵌于上聚甲基丙烯酸甲酯芯片的開放通道，且使其具有所述突起的表面背向軟性 聚乙烯薄膜。利用雙層壓力粘性薄膜(ARcare 8890)在壓力下將上下兩片聚甲基丙烯酸甲 酯芯片封合，使覆蓋于所述多個并列的微槽上的軟性聚乙烯薄膜位于所述開放通道的正下方。第三實施方式利用數(shù)控銑刻分別在兩片聚碳酸酯基材表面蝕刻出上述上芯片和下芯片上所具 有的圖案，得到上下兩片聚碳酸酯芯片。將上下兩片聚碳酸酯芯片用去離子水、乙醇、去離 子水、乙醇逐次清洗后，自然晾干。通過光刻掩模、化學腐蝕和復(fù)型在聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)的表面形成陣列 式齒輪，該陣列式齒輪的長、寬和高可以是幾百納米到幾個微米的。將該PDMS薄片形成有 陣列式齒輪的一面覆蓋于下聚碳酸酯芯片的多個并列的微槽之上。
將表面具有三個與人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的類指狀的突起的 PDMS薄片嵌于上聚碳酸酯芯片的開放通道，且使其具有所述突起的表面背向軟性聚氨酯薄膜。利用雙層壓力粘性薄膜(ARcare 8890)在壓力下將上下兩片聚碳酸酯芯片封 合，使覆蓋于所述多個并列的微槽上的軟性聚氨酯薄膜位于所述開放通道的正下方。優(yōu)選地，如圖2所示，所述下芯片IOa還具有信號采集微孔170，該信號采集微孔 170可以位于單個微通道處(例如，170a)，也可以位于多個微通道的匯集處(例如，位于圖 2中表示S處的170b-170e)，所述檢測裝置30通過該信號采集微孔170檢測單個微通道 (亦即所述多個并列的微槽中的單個微槽)中的微流體的流量、流速或壓力或者多個微通 道(亦即所述多個并列的微槽中的多個微槽)中的微流體的疊加流量、流速或壓力。這樣 能夠有選擇性地對微通道中微流體的信息進行采集，提高了信息采集的靈活性。從數(shù)據(jù)采 集的角度出發(fā)，所采集的信息量越多，干擾信息的作用就越小，從而獲得的信息就越精確， 因此采集疊加流量、流速和壓力將大大提高信息采集的精確度。需要說明的是，通過信號采 集微孔170檢測微通道130中微流體的壓力信息需要在信號采集微孔170粘貼上壓電薄膜 (例如，PVDF薄膜)，通過該壓電薄膜來采集微流體的壓力。而流量、流速信息的采集則只 需要在信號采集微孔170連接相關(guān)的流量、流速檢測器即可。在此，所述檢測裝置30即為 用于通過貼于信號采集微孔170上的壓電薄膜來采集微流體的壓力信息的裝置、或者通過 信號采集微孔170來采集微流體的流量和流速的流量檢測器、流速檢測器。其中，所述微流體驅(qū)動裝置20可以為能夠驅(qū)動微流體在所述多個微槽110中流動 的任何裝置，例如電滲泵。為了減小整個仿生號脈系統(tǒng)的體積和簡化連線布局，優(yōu)選地，如 圖2所示，所述微流體驅(qū)動裝置(電滲泵)20可以內(nèi)置于所述下芯片IOa中，該微流體驅(qū)動 裝置(電滲泵)20與驅(qū)動通道190相連通，用于驅(qū)動微流體依次通過驅(qū)動通道190、微通道 130、多個并列的微槽110、微通道130、微流體循環(huán)通道180以及驅(qū)動通道190循環(huán)流動。為了模擬醫(yī)生號脈時給待號脈部位施加的號脈壓力，優(yōu)選地，如圖4所示，所述系 統(tǒng)還包括壓力密封腔40，用于給待號脈部位施加號脈壓力。在具有壓力密封腔的情況下， 所述仿生號脈系統(tǒng)還可以包括壓力調(diào)節(jié)裝置410，該壓力調(diào)節(jié)裝置410用于調(diào)節(jié)所述壓力 密封腔40給所述待號脈部位施加號脈壓力。上述壓力密封腔40和壓力調(diào)節(jié)裝置410的結(jié) 構(gòu)可以類似于血壓計中所使用的臂帶和充氣球，當然其結(jié)構(gòu)并不限于此，還可以是能夠?qū)?現(xiàn)上述功能的其它結(jié)構(gòu)。從圖4中可看出，壓力密封腔40被顯示為與微流控芯片10相連 接，這并非意味著兩者必然存在物理上連接，與微流控芯片10無任何連接關(guān)系的壓力密封 腔40也是可以給待號脈部位施加壓力的。優(yōu)選地，所述傳感薄膜120為壓電薄膜，所述壓力密封腔40給待號脈部位施加的 號脈壓力可以通過該壓電薄膜120的壓力-電壓特定而被測量出來，從而可以根據(jù)壓電薄 膜所受到的壓力，利用壓力調(diào)節(jié)裝置410對壓力密封腔40所施加的壓力進行連續(xù)精確地調(diào) 控。當然，如圖5所示，所述仿生號脈系統(tǒng)還可以包括A/D轉(zhuǎn)換器50、微處理芯片60以 及計算機70。脈搏信號經(jīng)傳感薄膜的微/納米分級結(jié)構(gòu)放大之后，轉(zhuǎn)化成微流控芯片10內(nèi) 的微流體的流量、流速或者壓力的變化，所述檢測裝置30檢測所述微槽110中的微流體的 流量、流速或者壓力信號，將采集到的這些連續(xù)模擬信號傳給A/D轉(zhuǎn)換器50，A/D轉(zhuǎn)換器50將這些連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并存儲在緩沖區(qū)內(nèi)，并將轉(zhuǎn)換后的信號提供給微處理 芯片60，由微處理芯片60通過USB接口將所述數(shù)字信號提供給計算機70，計算機70對所 述數(shù)字信號進行消除噪聲處理，并根據(jù)除噪之后的數(shù)字信號生成流量、流速或者壓力隨時 間變化的波形，將所生成的波形的主要特征(例如，波峰、波谷以及拐點等)與脈搏波專家 數(shù)據(jù)庫中所存儲的各種有關(guān)流量、流速或者壓力的波形的特征進行比對，從而獲得與所生 成的波形相對應(yīng)的人體生理病理信息，從而實現(xiàn)計算機控制的基于微流控芯片的模擬中醫(yī) 號脈的仿生號脈系統(tǒng)。其中，所述脈搏波專家數(shù)據(jù)庫中預(yù)先存儲有與各種人體生理病理信 息相對應(yīng)的關(guān)于流量、流速或者壓力的波形，這些相對應(yīng)的信息和波形都是通過采集大量 病例累積得到的。下面介紹上述仿生號脈系統(tǒng)的具體使用過程。將人體手腕放入微流控芯片的開放 槽140中，使人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域分別與薄片160上的三個類指狀突起相接觸； 開啟微流體驅(qū)動裝置20，驅(qū)動微流體在所述微槽110中流動；人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺 區(qū)域的脈搏信號經(jīng)傳感薄膜120放大之后，傳導(dǎo)至微槽110內(nèi)的微流體；檢測裝置30檢測 微槽110中的微流體的流量、流速或者壓力信號，并將所檢測的這些連續(xù)模擬信號傳給A/ D轉(zhuǎn)換器50，A/D轉(zhuǎn)換器50將這些連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換后的信號提供 給微處理芯片60，由微處理芯片60通過USB接口將所述數(shù)字信號提供給計算機70，計算機 70對所述數(shù)字信號進行消除噪聲處理，并根據(jù)除噪之后的數(shù)字信號生成流量、流速或者壓 力隨時間變化的波形，將所生成的波形的主要特征(例如，波峰、波谷以及拐點等)與脈搏 波專家數(shù)據(jù)庫中所存儲的各種有關(guān)流量、流速或者壓力的波形的特征進行比對，從而獲得 與所生成的波形相對應(yīng)的人體生理病理信息。本發(fā)明提出的基于微流控芯片的模擬中醫(yī)號脈的仿生系統(tǒng)，具有操作簡單、適用 范圍廣、精確度高、便捷性高、性價比高和集成度高特點，在此基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)人體脈搏信 息的采集，并且分析其中的生理病理信息。該系統(tǒng)為實現(xiàn)芯片上的中醫(yī)切脈診斷提供了重 要基礎(chǔ)和技術(shù)突破。
權(quán)利要求
1.一種基于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微流控芯片、微流體驅(qū)動裝置、 檢測裝置、微槽和傳感薄膜；其中該微流控芯片具有裝載有微流體的多個所述微槽，所述 的傳感薄膜覆蓋于所述多個微槽上，并且用于將待號脈部位的脈搏信號傳導(dǎo)給所述微槽中 的微流體；所述的微流體驅(qū)動裝置，該微流體驅(qū)動裝置用于驅(qū)動微流體在所述微槽中流動；所述的檢測裝置用于檢測所述微槽中的微流體的流量、流速或者壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中所述的傳感薄膜與所述微槽相覆蓋的 表面具有陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列 式排列的三維納米結(jié)構(gòu)中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中所述微流控芯片包括封合在一起 的下芯片及上芯片；所述的下芯片上具有多個并列的微槽以及覆蓋于該多個并列的微槽上的傳感薄膜；所述的上芯片包括用于容納待號脈部位的開放槽，該開放槽的底部具有開放通道，該 開放通道位于所述傳感薄膜的正上方，用于使容納于所述開放槽中待號脈部位與所述傳感 薄膜相接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中所述的上芯片還包括嵌于所述的上芯 片開放通道中的薄片，且薄片背向傳感薄膜的表面具有分別與人體待號脈部位的手腕橈動 脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的三個類指狀的突起。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中，所述的微流體驅(qū)動裝置是內(nèi)置于所述 的下芯片中；所述的微流體驅(qū)動裝置為電滲泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中，所述的下芯片還具有信號采集微孔；所述檢測裝置是通過該信號采集微孔檢測所述多個并列的微槽中的單個微槽中的微流體的流量、流速或壓力，或者檢測所述多個并列的微槽中的多個微槽中的微流體的疊加 流量、流速或壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中，所述微流控芯片通過以下步驟制得A、在基材表面形成多個微槽，以作為下芯片；B、在基材表面形成開放槽和開放通道，以作為上芯片，所述開放槽用于容納待號脈部 位，開放通道位于開放槽底部；C、對傳感薄膜進行表面修飾，在其表面形成陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié) 構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維納米結(jié)構(gòu)中的一種，將所述傳感薄膜形 成有陣列式排列的三維微米和三維納米分級結(jié)構(gòu)、陣列式排列的三維微米結(jié)構(gòu)、或陣列式 排列的三維納米結(jié)構(gòu)的一面覆蓋于所述多個微槽上；D、將表面具有三個與人體手腕橈動脈的寸、關(guān)、尺區(qū)域相對應(yīng)的類指狀的突起的薄片 嵌于所述上芯片的開放通道中，且使其具有所述突起的表面背向傳感薄膜；以及E、將下芯片與上芯片封合，使覆蓋于所述多個微槽上的傳感薄膜位于所述開放通道的 正下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括壓力密封腔，用于給待 號脈部位施加號脈壓力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括壓力調(diào)節(jié)裝置，該壓力調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)所述壓力密封腔給所述待號脈部位施加的號脈壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的仿生號脈系統(tǒng)，其中，所述傳感薄膜為壓電薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微流控芯片的仿生號脈系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微流控芯片，該微流控芯片具有傳感薄膜和多個微槽，該傳感薄膜覆蓋于所述多個微槽上，用于將待號脈部位的脈搏信號傳導(dǎo)給所述微槽中的微流體；微流體驅(qū)動裝置，該微流體驅(qū)動裝置用于驅(qū)動微流體在所述微槽中流動；以及檢測裝置，該檢測裝置用于檢測所述微槽中的微流體的流量、流速或者壓力。由于微流控芯片中的多個微槽對待號脈部位的血管進行了很好地仿真，從而脈搏信號可以很好地體現(xiàn)在微槽中的微流體中，克服了傳統(tǒng)的單點或復(fù)合多點壓力傳感器檢測點數(shù)目有限、檢測靈敏度不高的缺陷。
文檔編號A61B5/02GK102058399SQ20091023774
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者朱道本, 江雷, 聶富強 申請人:中國科學院化學研究所