基于液态金属可控形变的微流控混合器及可穿戴传感器

在自然界中，很多生物体可以通过自身独特的微圆顶（microdome）结构，赋予其表面特殊的性能。例如，出淤泥而不染的荷叶，利用其表面微观圆顶阵列结构实现超疏水及自清洁功能。人体也依赖位于皮肤表层及真皮层的互锁微圆顶结构来获得感知能力及触觉。研究表明，高密度阵列复杂微圆顶几何结构可显著增加材料的表面粗糙度、接触面积和可变形性，已被应用于微流体、可穿戴设备和柔性电子等众多领域。

图1. 液态金属阵列制造过程的示意图。图片来源：Adv. Mater. Interfaces

近日，深圳大学闫昇研究员（点击查看介绍）课题组利用液态金属良好的流动性和导电性，借助掩模辅助光刻技术，构建了微流控微流控混合器及柔性可穿戴压力传感器等应用。相对于传统光刻技术制备复杂微结构，该研究采用一种无需依赖昂贵光刻设备的掩模辅助光刻技术，制备复杂微圆顶阵列结构（如图1所示）。该方法制备工艺简单、成本低，可通过设计不同激光切割掩模版来调控液态金属微球的尺寸、轮廓及结构，从而实现制备尺寸可调可控的复杂微圆顶阵列。

图2. 基于液态金属导电复合材料的柔性可拉伸压力传感器。图片来源：Adv. Mater. Interfaces

柔性压力传感器可贴附于各种不规则物体表面，在医疗健康、机器人、生物力学等领域有着广泛的应用前景。构建微结构是提高柔性压力传感器综合性能的有效途径，微结构不仅能够提高传感器的灵敏度，还能更快地恢复传感器的弹性形变，具备快速响应能力。因此，该研究利用超弹性体及液态金属复合材料的导电性和可拉伸性，基于上述掩模辅助光刻方法制备了可穿戴柔性压力传感器。该传感器可以快速、稳定地响应不同类型的运动，无滞后现象。最后，作者所设计的柔性压力传感器被应用于人体运动（如走路、踏步、膝盖弯曲等）的监测。

图3. Y型微流体通道中的流体混合研究。图片来源：Adv. Mater. Interfaces

此外，该方法还被应用于制备常规Y型微流控混合器。圆顶结构内部产生的涡流，显著增强了液体的混合性能。另外，作者还提出了利用该方法制备微透镜阵列的可能性。综上，该方法为制备复杂微流体结构和智能可穿戴传感设备提供了新的思路。

该成果在Wiley旗下期刊Advanced Materials Interfaces（IF: 4.9）上在线发表。深圳大学为第一完成单位，课题组胡伟平博士为文章的第一作者，闫昇研究员为唯一通讯作者，深圳大学为唯一通讯单位。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Amalgamation‐Assisted Control of Profile of Liquid Metal for the Fabrication of Microfluidic Mixer and Wearable Pressure Sensor

Weiping Hu, Yuxing Li, Shi‐Yang Tang, Lin Li, Q. Jason Niu, Sheng Yan

Adv. Mater. Interfaces, 2021, DOI: 10.1002/admi.202100038

闫昇博士简介

闫昇，深圳大学高等研究院研究员，研究领域主要涵盖基于微流控芯片的细胞筛选、3D打印技术、手持设备、拉曼传感器、可穿戴设备以及高速成像流式细胞仪，主要项目包括：（1）基于微流控芯片对于血液分选以及癌症筛查；（2）基于液态金属的新型3D打印技术；（3）基于人工智能的成像流式细胞仪。闫昇博士在Nature Communications, Advanced Functional Materials, Small, Lab on a Chip, Analytical Chemistry, Sensors and Actuators B: Chemical, Scientific Reports, Applied Physics Letters 等高水平期刊上发表50篇文章。引用1163次，H-index为18。

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