論文標題：Wearable Microfluidic Sweat Chip for Detection of Sweat Glucose and pH in Long-Distance Running Exercise

發表期刊：Biosensors (IF 5.4)

DOI：https://doi.org/10.3390/bios13020157

【引言】

在傳統的運動訓練監測中，通常需要對被研究對象進行血液樣品采集。通過對所采集的血液進行各類分析獲取相應數據，達到運動訓練監測的目的。由于從血液樣品中獲得的相關數據準確程度高，所獲得的數據被認定為是運動訓練監測領域的黃金標準。然而，在采集血液樣品的過程中，通常會給被研究對象帶來一定痛感，被研究對象對相關監測工作的配合意愿度低，導致數據收集存在一定的困難。由于血液和汗液的成分是滲透相關的，因此汗液中的某些代謝物也可反映疾病狀態。隨著技術的發展，汗液，唾液，眼淚等體液的運動訓練監測方法日益受到重視。收集這類的體液樣本不僅不會給被研究對象帶來痛感，還可以對運動訓練進行時時監控，從而更好地了解整個運動訓練過程。

近日，北京體育大學與上海微系統與信息技術研究所強強聯合，通過將柔性微流控監測芯片和智能手機的相結合，實現對長跑訓練者汗液中的血糖值和PH值的時時監控，從而更加精準地監控長跑訓練過程中的相關細節。相關研究工作在SCI期刊《Biosensors》上發表。

本文中所使用的小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3無需掩膜版，可在光刻膠上直接曝光繪出所要的圖案。設備采用集成化設計，全自動控制，可靠性高，操作簡便，同時其還具備結構緊湊（70 cm X 70 cm X 70 cm）、直寫速度快，分辨率高（XY：<1 μm）等特點。靈活多變的前沿光刻技術，有助于柔性微流控監測芯片的研發。

小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3

【圖文導讀】

圖1. 制備可穿戴柔性微流控芯片的概要圖和光學照片。A) 微流控芯片的概念解析圖。B)和C) 對汗液中葡萄糖和PH值監測的原理解釋圖。D) 用微流控芯片收集汗液的示意圖。E) 柔性微流控芯片結構示意圖。 F) 利用MicroWriter ML3制備的柔性微流控芯片實物圖。

圖2. 用TritonX-100對聚二甲基硅氧烷（PDMS）進行親水性處理。A) 不同TritonX-100量對PDMS親水性的影響。B) 不同量的TritonX-100對PDMS親水處理后，水接觸角隨時間的變化。

圖3. 芯片中色彩和汗液中葡萄糖和PH值的對應關系。A）色彩和葡萄糖數值的對應關系。B）色彩和葡萄糖數值對應關系的擬合結果。C) 汗液PH值和色彩之間的對應關系。D) 色彩和汗液PH值的擬合結果。

圖4. 用人工汗液樣本對柔性微流控芯片對汗液中葡萄糖和PH值進行檢測。A) 芯片與不同人工汗液樣品反應后的結果。B) RGB顏色值與葡萄糖對應的關系，以及相對應的擬合結果。C) RGB顏色值與汗液中PH值的對應關系，以及擬合結果。

圖5. 柔性微流控監測芯片對長跑過程中汗液的葡萄糖和PH值的監測效果。A) 使用血糖儀和制備的芯片分別在運動10分鐘，20分鐘和30分鐘后對受試者進行血糖監控。B) 血液中的葡萄糖和汗液中的葡萄糖隨著運動的變換比較。C) 在運動10分鐘，20分鐘和30分鐘后，汗液的PH值的變換。并對受試者在飲用蘇打水前后汗液PH值的變化進行了對比。D) 運動飲料的補充方案。

【結論】

北京體育大學和上海微系統與信息技術研究的研究人員，使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3對負性光刻膠曝光，制備出符合實驗要求的芯片模板，再利用倒模技術獲得PDMS微流控芯片。通過TritonX-100對PDMS進行親水性處理，最終獲得適用于監測運動時汗液中葡萄糖和PH值的可穿戴柔性微流控監測芯片。該研究為柔性穿戴設備在運動訓練監測方面的應用和發展提供了可能性和相應的方案。該成果最主要的優勢是能夠制備出基于PDMS的柔性微流控監測芯片。在制備該芯片過程中，需要及時修改相應的參數，得到優化的實驗結果，十分依賴靈活多變的光刻手段。MicroWirter ML3無掩膜激光直寫機可以任意調整光刻圖形，對負性光刻膠進行精準光刻，幫助用戶快速實現柔性芯片的制備，助力體育運動學科的研究。

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小型臺式無掩膜直寫光刻系統-MicroWriter：http://www.nkkfm.com/show1equip.asp?equipid=5025418