人体汗液含有丰富的人体健康信息，柔性汗液传感器通过非侵入式方法分析汗液中的成分，进而方便快捷地获取人体健康状况，成为近年来的研究热点。然而，汗液的时序性收集存储常常被人们所忽略，而这直接影响汗液检测结果的准确性和有效性，另外从电极到器件的简易化、批量化加工也是影响汗液传感器应用的重要因素。

近日，北京大学集成电路学院张海霞教授研究团队提出了一种基于特斯拉阀的时序性微流控汗液传感器设计方案，通过激光直写和化学-热键合的加工方式，制备出具有分时特性的集汗液采集、传感为一体的柔性汗液传感器，相关工作以题为“A time sequential microfluid sensor with Tesla-Valve channels”，发表在Nano Research（IF = 10.269）上。北京大学博士研究生赵鹏程为论文第一作者。 

研究人员通过流道与器件结构设计，以激光直写的方式，加工出图形化的电极和流道，再通过化学-热键合的方式完成具有时序特性器件的制备。基于激光直写工艺诱导出的石墨烯电极，分布在各个时序性存储汗液的腔体内，实现了对汗液中尿酸浓度的检测，进而可以为痛风患者提供便利。此外，基于时序性的采集-存储-检测方案，可以通过更高效的采集材料、更多元的生物标志物检测以及更灵敏的传感器在稳定、实时、准确的汗液检测上发挥出更有影响力的作用。 

    研究人员对器件的流道结构分别进行了静态和动态的流体仿真，通过静态仿真中流线、速度矢量的分布，可以得到汗液在器件中的传输特性，这正是特斯拉阀的流阻特性和重力在器件中耦合实现的。放大的流道结构中速度矢量分布能反映出反向特斯拉阀阻碍汗液输运的作用。对器件的VOF仿真结果可以得到汗液在器件中的时序性收集过程，也通过后续的实验结果验证了这一点，而正向特斯拉阀流道和直流道则不具备这种时序性特征。

    除了汗液的时序性采集存储，研究人员还通过激光诱导出的图形化石墨烯电极，实现对不同浓度的尿酸检测，并对实际人体汗液进行了传感分析。在此基础上，研究人员还对器件的机械稳定性，柔性，重复性，选择性等性能进行了验证。

作者简介

【第一作者】赵鹏程，北京大学集成电路学院博士研究生。   

【通讯作者】张海霞，北京大学集成电路学院教授。 

课题组网站：www.alicewonderlab.com 

论文题目：A time sequential microfluid sensor with Tesla-Valve channels

论文链接：https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-023-5778-8