专利名称：一种基于微流控芯片的仿生号脉系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿生号脉系统，尤其涉及一种基于微流控芯片的仿生号脉系统。
背景技术：
脉诊是中医四诊的重要组成部分，我国自古以来就利用脉象信息来诊断疾病并形 成了中医的脉诊学体系。脉诊是我国传统医学中最具特色的一项诊断方法，也广泛被其它 国家的医生所采用，在疾病的诊断和人体健康的检测方面起着重要作用。探索中医脉诊客 观化、规范化方法，是中医临床研究的重要课题。实现脉诊的客观化、规范化，关键在于研发 出现代化的脉象信息采集系统，克服医生个人的主观化描述，结束中医“在心易了、指下难 明”的尴尬状况。目前大多数用于临床诊治和基础研究的脉象信息采集系统存在一些问题，例如采 集平台体积偏大，便携性、通用性不够好；用于脉搏信号检测的传感器多为液态式、光电式、 应变式和压电式传感器，这些传感器受传感器原理、结构体积、敏感元件性能、制造工艺等 因素影响，检测点数目受到很大限制，且各检测点之间相互作用和相互影响，降低了检测灵 敏度，而且传感器的输出与号脉时脉搏搏动所引起的皮肤形变间很难具有线性关系，得到 的脉搏信号不能细致和准确地反映号脉处皮肤表面空间各点的变化，无法全面采集脉象信
自 AjVAjV 尼、寸寸ο因此，需要一种新型的便捷的检测和分析系统来获取更为准确的脉象信息。近年 来，微流控芯片作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点， 已经在很多领域获得了广泛的应用，例如细胞生物学、分析化学、材料学、组织工程和微电 子等领域。然而，利用微流控技术来模拟中医号脉诊断，获取全面的脉象信息进行生理病理 信息的分析，在世界范围内尚未有实质性的突破。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的脉象信息采集系统体积偏大、不能准确细致 地采集脉搏信号的缺陷，从而提供了一种体积微小、且能够准确地采集脉搏信号的基于微 流控芯片的仿生号脉系统。本发明提供的基于微流控芯片的仿生号脉系统包括微流控芯片、微流体驱动装 置、检测装置、微槽和传感薄膜；该微流控芯片具有装载有微流体的多个上述微槽，所述的 传感薄膜覆盖于所述多个微槽上，并且用于将微流控芯片获得的待号脉部位的脉搏信号传 导给所述微槽中的微流体；所述的微流体驱动装置内置于微流控芯片中，该微流体驱动装 置用于驱动微流体在所述微槽中流动；所述的检测装置用于检测所述微槽中的微流体的流 量、流速或者压力。所述的传感薄膜与所述微槽相覆盖的表面具有阵列式排列的三维微米和三维纳 米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、阵列式排列的三维纳米结构中的一种。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个并列的微槽以及覆盖于该多个并列的微槽上的传感薄膜；所述的上芯片包括用于容纳待号脉 部位的开放槽，该开放槽的底部具有开放通道，该开放通道位于所述传感薄膜的正上方，用 于使容纳于所述开放槽中待号脉部位与所述传感薄膜相接触。所述的上芯片还包括嵌于所述的上芯片开放通道中的薄片，且薄片背向传感薄膜 的表面具有分别与人体待号脉部位的手腕桡动脉的寸、关、尺区域相对应的三个类指状的 突起。所述的微流体驱动装置是内置于所述的下芯片中；所述的微流体驱动装置为电渗泵。所述的下芯片还具有信号采集微孔；所述检测装置是通过该信号采集微孔检测所 述多个并列的微槽中的单个微槽中的微流体的流量、流速或压力，或者检测所述多个并列 的微槽中的多个微槽中的微流体的叠加流量、流速或压力。所述微流控芯片通过以下步骤制得A、在基材表面形成多个微槽(可通过刻蚀得到)，以作为下芯片；B、在基材表面形成开放槽和开放通道，以作为上芯片，所述开放槽用于容纳待号 脉部位，开放通道位于开放槽底部；C、对传感薄膜进行表面修饰，在其表面形成阵列式排列的三维微米和三维纳米分 级结构、阵列式排列的三维微米结构、阵列式排列的三维纳米结构中的一种，将所述传感薄 膜形成有阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵 列式排列的三维纳米结构的一面覆盖于所述多个微槽上；D、将表面具有三个与人体手腕桡动脉的寸、关、尺区域相对应的类指状的突起的 薄片嵌于所述上芯片的开放通道中，且使其具有所述突起的表面背向传感薄膜；以及E、将下芯片与上芯片封合，使覆盖于所述多个微槽上的传感薄膜位于所述开放通 道的正下方。本发明的系统还包括压力密封腔，用于给待号脉部位施加号脉压力。本发明的系统还包括压力调节装置，该压力调节装置用于调节所述压力密封腔给 所述待号脉部位施加的号脉压力。本发明的传感薄膜优选为压电薄膜。在本发明提供的基于微流控芯片的仿生号脉系统中，通过微流体驱动装置驱动微 流体在微流控芯片的微槽中流动来模拟血液通过心脏搏动在血管中流动，由传感薄膜将人 体的脉搏信号传递给流于微槽中的微流体，从而将人体的脉搏信号转换成微流体的流量、 流速或者压力信号，然后基于该流量、流速或者压力信号对人体生理病理信息进行分析。由 于微流控芯片中的多个微槽对待号脉部位的血管进行了很好地仿真，从而脉搏信号可以很 好地体现在微槽中的微流体中，多个微槽的平行排列也克服了传统的单点或复合多点压力 传感器检测点数目有限、检测灵敏度不高的缺陷。此外，本发明的基于微流控芯片的仿生号 脉系统还具有体积小、便携性好和灵敏度高的优点。
图1为本发明的仿生号脉系统的结构示意图。图2为下芯片的结构示意图。
图3a为上芯片的结构示意图。 图北为上芯片的截面图。
图4为本发明的仿生号脉系统的一实施方式的结构示意图。 图5为本发明的仿生号脉系统的再一实施方式的结构示意图< 附图标记
IOa.下芯片 30.检测装置 60.微处理芯片 120.传感薄膜 150.开放通道 160a、160b、160c.突起 170a.单个微通道处 170b、170c、170d、170e.微通道的汇集处 180.微流体循环通道190.驱动通道 410.压力调节装置
a.阵列式排列的纳米线阵列结构
b.阵列式排列的乳突形阵列结构
c.阵列式排列的齿轮形阵列结构
10.微流控芯片 20.微流体驱动装置 50. A/D转换器 110.微槽 140.开放槽 160.薄片
170.信号采集微孔
IOb.上芯片 40.压力密封腔 70.计算机 130.微通道
具体实施例方式下面参考附图详细描述本发明。图1为本发明的仿生号脉系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供了一种基 于微流控芯片的仿生号脉系统，该系统包括微流控芯片10、微流体驱动装置、检测装置、 微槽和传感薄膜；该微流控芯片10具有装载有微流体的多个微槽110以及传感薄膜120， 该传感薄膜120覆盖于所述多个微槽110上，用于将微流控芯片获得的待号脉部位的脉搏 信号传导给所述微槽110中的微流体；所述的微流体驱动装置20内置于微流控芯片中，该 微流体驱动装置用于驱动微流体在所述微槽110中流动；所述的检测装置30用于检测所述 微槽110中的微流体的流量、流速或者压力。其中，所述微流体可以是去离子水。所述微流控芯片的尺寸可以是40 60 X 40 60X2 5(长X宽X厚)。所述微流控芯片中包括并列排列的多个微槽，每个微槽的尺 寸可以是10 30X0. 2 0. 6X0. 2 0. 6mm(长X宽X深)。优选情况下，所述微流控 芯片包括3组微槽，分别对应于人体手腕桡动脉的寸、关、尺三个部位，每组微槽包含12个 微槽，每个微槽的尺寸为20X0. 4X0. 4mm(长X宽X深)，处于同一组微槽的微槽之间的 间距可以是0. 4mm，各组微槽之间的间距为0. 8mm。当然，微槽的布局并不限于此，为了检测 人体手腕桡动脉除寸、关、尺三个部位之外的其他部位的脉搏，可以在与其他待测部位相对 应的位置设置微槽。具体而言，所述微流控芯片包括下芯片IOa和上芯片10b。图2为下芯片IOa 的结构示意图，如图2所示，下芯片IOa上具有多个并列的微槽110以及覆盖于该多个 并列的微槽110上的传感薄膜120，图2中示出了依次连通的驱动通道190、微通道130、 微槽110、微通道130以及微流体循环通道180，其中所述驱动通道190的尺寸可以为10X0. 4X0. 4mm(长X宽X深)，微通道130和微流体循环通道180的宽度和深度可以分 别为 0. 2X0. 2_。图3a和北分别为上芯片IOb的结构示意图以及截面图，如图3a和图北所示， 上芯片IOb包括用于容纳待号脉部位的开放槽140，该开放槽的长度可以是4 5cm，宽度 可以是4 5cm，对应于上芯片的厚度2mm、3mm、4mm或5mm，该开放槽的深度可以是1. 8mm、 2. 8mm, 3. 8mm或者4. 8mm，该开放槽140的底部具有开放通道150，该开放通道150的尺寸可 以是3X 1 3X0. 02cm(长X宽X深)，该开放通道150位于所述传感薄膜120(该传感 薄膜120的尺寸可以是3X1 3X0. 03 0. Icm(长X宽X厚))的正上方，用于使容纳 于开放槽140中待号脉部位与所述传感薄膜120相接触。在号脉过程中，将待号脉部位放 置在所述开放槽140中，使得待号脉部位通过所述开放通道150而与传感薄膜120相接触， 传感薄膜120会将待号脉部位的脉搏信号传递给位于传感薄膜120之下的多个并列的微槽 110中的微流体，从而通过检测微流体的流量、流速或者压力来对人体生理病理信息进行分 析。优选地，所述传感薄膜120与所述多个微槽110相覆盖的表面具有阵列式排列的 三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、阵列式排列的三维纳米结构 中的一种。按照本发明，所述阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三 维微米结构、阵列式排列的三维纳米结构，可以为纳米线阵列结构、三角形阵列结构、乳突 形阵列结构、棒状形阵列结构、柱状形阵列结构和齿轮形阵列结构等中的一种或几种。如图 2所示，其中，a为阵列式排列的纳米线阵列结构，b为阵列式排列的乳突形阵列结构，c为阵 列式排列的齿轮形阵列结构。具体来说，所述阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构 中的微米结构指的是其阵列主体(凸起部位的高和宽都是微米)结构的尺寸为微米，其阵 列主体结构的表面有纳米结构，和/或其阵列主体结构之间的尺寸为微米或纳米(凹处部 位)尺寸；例如乳突形阵列中的乳突为微米(高和宽都是微米)尺寸，乳突的表面有纳米结 构(如纳米尺度的小乳突)，乳突之间的尺寸为微米或纳米尺寸；齿轮形阵列中的齿轮为微 米(高和宽都是微米)尺寸，齿轮表面有纳米结构，齿轮之间的尺寸为微米或纳米；纳米线 形阵列中的纳米线为微米(高和宽都是微米)尺寸，纵向排列的纳米线表面有纳米结构，纳 米线之间的尺寸为微米或纳米；因此才称为微米/纳米分级结构的组合。所述阵列式排列 的聚合物的三维微米结构中的微米结构指的是其阵列主体(凸起部位的高和宽都是微米) 结构的尺寸为微米，其阵列主体结构之间的尺寸为微米或纳米(凹处部位)尺寸；所述阵列 式排列的聚合物的三维纳米结构中的纳米结构指的是其阵列主体(凸起部位的高和宽都 是纳米)结构的尺寸为纳米，其阵列主体结构之间的尺寸为微米或纳米(凹处部位)尺寸。由此，上述阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米 结构、或阵列式排列的三维纳米结构能够对脉搏信号进行放大，使脉搏信号很好地体现在 流动于微槽中的微流体上，提高脉搏信号的灵敏度和解析度。按照本发明，所述阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三 维微米结构、或阵列式排列的三维纳米结构优选是由直径(或中位线)在5微米以下的阵 列组成，阵列间距为几十至百个纳米。一般而言，待号脉部位均取人体手腕桡动脉的寸、关、尺三部分区域。为了更好地模拟人工号脉方式，优选地，所述上芯片IOb还包括薄片160，该薄片160嵌于所述上芯片 IOb的开放通道150中，且其背向传感薄膜120的表面具有分别与人体手腕桡动脉的寸、关、 尺区域相对应的三个类指状的突起(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。当将待号脉部位放置在所述开放槽140中时，嵌于所述开放通道150中的薄片160的 三个类指状的突起(160a、160b以及160c)便可以模拟医生号脉之时压在手腕桡动脉的寸、 关、尺三部分区域的三个手指，从而更好地获取寸、关、尺三部分区域的脉搏信号。当然，本 发明的仿生号脉系统并不仅仅适用于对手腕桡动脉的寸、关、尺三部分区域的脉搏信号进 行采集，还可以对人体其他部位的脉搏信号进行采集。其中，所述微流控芯片10可以通过以下步骤制得A、在基材表面形成多个微槽110，以作为下芯片IOa ；B、在基材表面形成开放槽140和开放通道150，以作为上芯片10b，所述开放槽140 用于容纳待号脉部位，开放通道150位于开放槽140底部；C、将传感薄膜120覆盖于所述多个微槽110上；以及E、将下芯片IOa与上芯片IOb封合，使覆盖于所述多个微槽110上的传感薄膜位 于所述开放通道150的正下方。优选地，所述步骤C可以是对传感薄膜120进行表面修饰，在其表面形成具有阵 列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、阵列式排列的三 维纳米结构中的一种，将所述传感薄膜120形成有具有阵列式排列的三维微米和三维纳米 分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳米结构的一面覆盖于所述 多个微槽110上。其中，对传感薄膜120进行表面修饰以在其表面形成具有阵列式排列的三维微米 和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳米结构的方法 是本领域技术人员所公知的，例如可以采用常规的各种方法在基材上(如基材可选自高分 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)、或者金属材料(铜、铝、不锈钢、镍)中的一种或几种)先形成阵列式排列的三维 微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式排列的三维纳米结构，例 如，可以通过物理方法，如数控铣刻、光刻掩模、软刻蚀技术等加工方法，制备三角形阵列、 乳突形阵列和齿轮形阵列等；也可以通过化学方法，制备纳米线阵列，例如，氧化锌纳米线 阵列、氧化钛纳米线阵列、氧化锡纳米线阵列、碳纳米管阵列、金属纳米线阵列、硅纳米线阵 列等；所述纳米线阵列的制备方法可以采用本领域常规的方法进行，以氧化锌纳米线阵列 的制备为例，其制备过程如下将SiO溶胶均勻涂于传感薄膜120(如金箔)，在高温OOO 4000C )处理后，形成一层100 200纳米厚的晶种膜；然后将其上形成有晶种膜的传感薄 膜浸入硝酸锌六水合物(0.025M)和六亚甲基四胺(0.025M)的水溶液中，在85°C下加热15 小时；最后，用去离子水清洗，在85°C下烘干，得到氧化锌纳米线阵列。优选地，所述步骤C与步骤E之间还可以包括步骤D 将表面具有三个与人体手腕 桡动脉的寸、关、尺区域相对应的类指状的突起的聚二甲基硅氧烷薄片嵌于所述上芯片IOb 的开放通道150中，且使其具有所述突起的表面背向传感薄膜120。其中，所述基材可以为石英、玻璃、硅材料、高分子聚合物或者金属材料。在基材表面形成微槽110、开放槽140和开放通道150通过以下方法中的一者或者多者实现数控铣 刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀以及软光刻技术。所述传感薄膜120只 要是能产生形变的薄膜材料即可，例如可以是金属薄膜、聚二甲基硅氧烷薄膜、乳胶薄膜、 聚乙烯薄膜、导电薄膜或者聚偏四氟乙烯压电薄膜。所述阵列式排列的三维微米和三维纳 米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、阵列式排列的三维纳米结构优选是形成于所述 传感薄膜120表面的氧化锌纳米线阵列、氧化钛纳米线阵列、氧化锡纳米线阵列、碳纳米管 阵列、金纳米线阵列或硅纳米线阵列等等。下面给出微流控芯片的制作方法的三种实施方式第一实施方式利用光刻-化学腐蚀法分别在两片玻璃的表面刻蚀出上述上芯片和下芯片上所 具有的图案，得到上下两片玻璃芯片。将上下两片玻璃芯片用乙醇、去离子水、丙酮、乙醇逐 次清洗后，室温晾干。对压电PVDF薄膜进行表面化学修饰，在其表面形成阵列式氧化锌纳米线阵列，该 氧化锌纳米线的直径为几十到几百个纳米，长度可以到几个微米。将压电PVDF薄膜形成有 阵列式氧化锌纳米线的一面覆盖于下玻璃芯片的多个并列的微槽之上。将表面具有三个与人体手腕桡动脉的寸、关、尺区域相对应的类指状的突起的 PDMS薄片嵌于上玻璃芯片的开放通道中，且使其具有所述突起的表面背向压电PVDF薄膜。利用双层压力粘性薄膜(ARcare 8890)在压力下将上下两片玻璃芯片封合，使 覆盖于所述多个并列的微槽上的压电PVDF薄膜位于所述开放通道的正下方。第二实施方式利用准分子激光刻蚀机分别在两片聚甲基丙烯酸甲酯基材表面蚀刻出上述上芯 片和下芯片上所具有的图案，得到上下两片聚甲基丙烯酸甲酯芯片。将上下两片聚甲基丙 烯酸甲酯芯片用乙醇、去离子水、乙醇逐次清洗后，自然晾干。通过光刻掩模、化学腐蚀和复型在聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)的表面形成阵列 式乳突，该阵列式乳突的长、宽和高可以是几百纳米到几个微米的。将聚二甲基硅氧烷薄片 形成有阵列式乳突的一面覆盖于下聚甲基丙烯酸甲酯芯片的多个并列的微槽之上。将表面具有三个与人体手腕桡动脉的寸、关、尺区域相对应的类指状的突起的 PDMS薄片嵌于上聚甲基丙烯酸甲酯芯片的开放通道，且使其具有所述突起的表面背向软性 聚乙烯薄膜。利用双层压力粘性薄膜(ARcare 8890)在压力下将上下两片聚甲基丙烯酸甲 酯芯片封合，使覆盖于所述多个并列的微槽上的软性聚乙烯薄膜位于所述开放通道的正下方。第三实施方式利用数控铣刻分别在两片聚碳酸酯基材表面蚀刻出上述上芯片和下芯片上所具 有的图案，得到上下两片聚碳酸酯芯片。将上下两片聚碳酸酯芯片用去离子水、乙醇、去离 子水、乙醇逐次清洗后，自然晾干。通过光刻掩模、化学腐蚀和复型在聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)的表面形成阵列 式齿轮，该阵列式齿轮的长、宽和高可以是几百纳米到几个微米的。将该PDMS薄片形成有 阵列式齿轮的一面覆盖于下聚碳酸酯芯片的多个并列的微槽之上。
将表面具有三个与人体手腕桡动脉的寸、关、尺区域相对应的类指状的突起的 PDMS薄片嵌于上聚碳酸酯芯片的开放通道，且使其具有所述突起的表面背向软性聚氨酯薄膜。利用双层压力粘性薄膜(ARcare 8890)在压力下将上下两片聚碳酸酯芯片封 合，使覆盖于所述多个并列的微槽上的软性聚氨酯薄膜位于所述开放通道的正下方。优选地，如图2所示，所述下芯片IOa还具有信号采集微孔170，该信号采集微孔 170可以位于单个微通道处(例如，170a)，也可以位于多个微通道的汇集处(例如，位于图 2中表示S处的170b-170e)，所述检测装置30通过该信号采集微孔170检测单个微通道 (亦即所述多个并列的微槽中的单个微槽)中的微流体的流量、流速或压力或者多个微通 道(亦即所述多个并列的微槽中的多个微槽)中的微流体的叠加流量、流速或压力。这样 能够有选择性地对微通道中微流体的信息进行采集，提高了信息采集的灵活性。从数据采 集的角度出发，所采集的信息量越多，干扰信息的作用就越小，从而获得的信息就越精确， 因此采集叠加流量、流速和压力将大大提高信息采集的精确度。需要说明的是，通过信号采 集微孔170检测微通道130中微流体的压力信息需要在信号采集微孔170粘贴上压电薄膜 (例如，PVDF薄膜)，通过该压电薄膜来采集微流体的压力。而流量、流速信息的采集则只 需要在信号采集微孔170连接相关的流量、流速检测器即可。在此，所述检测装置30即为 用于通过贴于信号采集微孔170上的压电薄膜来采集微流体的压力信息的装置、或者通过 信号采集微孔170来采集微流体的流量和流速的流量检测器、流速检测器。其中，所述微流体驱动装置20可以为能够驱动微流体在所述多个微槽110中流动 的任何装置，例如电渗泵。为了减小整个仿生号脉系统的体积和简化连线布局，优选地，如 图2所示，所述微流体驱动装置(电渗泵)20可以内置于所述下芯片IOa中，该微流体驱动 装置(电渗泵)20与驱动通道190相连通，用于驱动微流体依次通过驱动通道190、微通道 130、多个并列的微槽110、微通道130、微流体循环通道180以及驱动通道190循环流动。为了模拟医生号脉时给待号脉部位施加的号脉压力，优选地，如图4所示，所述系 统还包括压力密封腔40，用于给待号脉部位施加号脉压力。在具有压力密封腔的情况下， 所述仿生号脉系统还可以包括压力调节装置410，该压力调节装置410用于调节所述压力 密封腔40给所述待号脉部位施加号脉压力。上述压力密封腔40和压力调节装置410的结 构可以类似于血压计中所使用的臂带和充气球，当然其结构并不限于此，还可以是能够实 现上述功能的其它结构。从图4中可看出，压力密封腔40被显示为与微流控芯片10相连 接，这并非意味着两者必然存在物理上连接，与微流控芯片10无任何连接关系的压力密封 腔40也是可以给待号脉部位施加压力的。优选地，所述传感薄膜120为压电薄膜，所述压力密封腔40给待号脉部位施加的 号脉压力可以通过该压电薄膜120的压力-电压特定而被测量出来，从而可以根据压电薄 膜所受到的压力，利用压力调节装置410对压力密封腔40所施加的压力进行连续精确地调 控。当然，如图5所示，所述仿生号脉系统还可以包括A/D转换器50、微处理芯片60以 及计算机70。脉搏信号经传感薄膜的微/纳米分级结构放大之后，转化成微流控芯片10内 的微流体的流量、流速或者压力的变化，所述检测装置30检测所述微槽110中的微流体的 流量、流速或者压力信号，将采集到的这些连续模拟信号传给A/D转换器50，A/D转换器50将这些连续模拟信号转换为数字信号并存储在缓冲区内，并将转换后的信号提供给微处理 芯片60，由微处理芯片60通过USB接口将所述数字信号提供给计算机70，计算机70对所 述数字信号进行消除噪声处理，并根据除噪之后的数字信号生成流量、流速或者压力随时 间变化的波形，将所生成的波形的主要特征(例如，波峰、波谷以及拐点等)与脉搏波专家 数据库中所存储的各种有关流量、流速或者压力的波形的特征进行比对，从而获得与所生 成的波形相对应的人体生理病理信息，从而实现计算机控制的基于微流控芯片的模拟中医 号脉的仿生号脉系统。其中，所述脉搏波专家数据库中预先存储有与各种人体生理病理信 息相对应的关于流量、流速或者压力的波形，这些相对应的信息和波形都是通过采集大量 病例累积得到的。下面介绍上述仿生号脉系统的具体使用过程。将人体手腕放入微流控芯片的开放 槽140中，使人体手腕桡动脉的寸、关、尺区域分别与薄片160上的三个类指状突起相接触； 开启微流体驱动装置20，驱动微流体在所述微槽110中流动；人体手腕桡动脉的寸、关、尺 区域的脉搏信号经传感薄膜120放大之后，传导至微槽110内的微流体；检测装置30检测 微槽110中的微流体的流量、流速或者压力信号，并将所检测的这些连续模拟信号传给A/ D转换器50，A/D转换器50将这些连续模拟信号转换为数字信号，并将转换后的信号提供 给微处理芯片60，由微处理芯片60通过USB接口将所述数字信号提供给计算机70，计算机 70对所述数字信号进行消除噪声处理，并根据除噪之后的数字信号生成流量、流速或者压 力随时间变化的波形，将所生成的波形的主要特征(例如，波峰、波谷以及拐点等)与脉搏 波专家数据库中所存储的各种有关流量、流速或者压力的波形的特征进行比对，从而获得 与所生成的波形相对应的人体生理病理信息。本发明提出的基于微流控芯片的模拟中医号脉的仿生系统，具有操作简单、适用 范围广、精确度高、便捷性高、性价比高和集成度高特点，在此基础上可以实现人体脉搏信 息的采集，并且分析其中的生理病理信息。该系统为实现芯片上的中医切脉诊断提供了重 要基础和技术突破。
权利要求
1.一种基于微流控芯片的仿生号脉系统，该系统包括微流控芯片、微流体驱动装置、 检测装置、微槽和传感薄膜；其中该微流控芯片具有装载有微流体的多个所述微槽，所述 的传感薄膜覆盖于所述多个微槽上，并且用于将待号脉部位的脉搏信号传导给所述微槽中 的微流体；所述的微流体驱动装置，该微流体驱动装置用于驱动微流体在所述微槽中流动；所述的检测装置用于检测所述微槽中的微流体的流量、流速或者压力。
2.根据权利要求1所述的仿生号脉系统，其中所述的传感薄膜与所述微槽相覆盖的 表面具有阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、阵列 式排列的三维纳米结构中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的仿生号脉系统，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个并列的微槽以及覆盖于该多个并列的微槽上的传感薄膜；所述的上芯片包括用于容纳待号脉部位的开放槽，该开放槽的底部具有开放通道，该 开放通道位于所述传感薄膜的正上方，用于使容纳于所述开放槽中待号脉部位与所述传感 薄膜相接触。
4.根据权利要求3所述的仿生号脉系统，其中所述的上芯片还包括嵌于所述的上芯 片开放通道中的薄片，且薄片背向传感薄膜的表面具有分别与人体待号脉部位的手腕桡动 脉的寸、关、尺区域相对应的三个类指状的突起。
5.根据权利要求3所述的仿生号脉系统，其中，所述的微流体驱动装置是内置于所述 的下芯片中；所述的微流体驱动装置为电渗泵。
6.根据权利要求3所述的仿生号脉系统，其中，所述的下芯片还具有信号采集微孔；所述检测装置是通过该信号采集微孔检测所述多个并列的微槽中的单个微槽中的微流体的流量、流速或压力，或者检测所述多个并列的微槽中的多个微槽中的微流体的叠加 流量、流速或压力。
7.根据权利要求4所述的仿生号脉系统，其中，所述微流控芯片通过以下步骤制得A、在基材表面形成多个微槽，以作为下芯片；B、在基材表面形成开放槽和开放通道，以作为上芯片，所述开放槽用于容纳待号脉部 位，开放通道位于开放槽底部；C、对传感薄膜进行表面修饰，在其表面形成阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结 构、阵列式排列的三维微米结构、阵列式排列的三维纳米结构中的一种，将所述传感薄膜形 成有阵列式排列的三维微米和三维纳米分级结构、阵列式排列的三维微米结构、或阵列式 排列的三维纳米结构的一面覆盖于所述多个微槽上；D、将表面具有三个与人体手腕桡动脉的寸、关、尺区域相对应的类指状的突起的薄片 嵌于所述上芯片的开放通道中，且使其具有所述突起的表面背向传感薄膜；以及E、将下芯片与上芯片封合，使覆盖于所述多个微槽上的传感薄膜位于所述开放通道的 正下方。
8.根据权利要求1所述的仿生号脉系统，其中，所述系统还包括压力密封腔，用于给待 号脉部位施加号脉压力。
9.根据权利要求8所述的仿生号脉系统，其中，所述系统还包括压力调节装置，该压力调节装置用于调节所述压力密封腔给所述待号脉部位施加的号脉压力。
10.根据权利要求9所述的仿生号脉系统，其中，所述传感薄膜为压电薄膜。
全文摘要
本发明公开了一种基于微流控芯片的仿生号脉系统，该系统包括微流控芯片，该微流控芯片具有传感薄膜和多个微槽，该传感薄膜覆盖于所述多个微槽上，用于将待号脉部位的脉搏信号传导给所述微槽中的微流体；微流体驱动装置，该微流体驱动装置用于驱动微流体在所述微槽中流动；以及检测装置，该检测装置用于检测所述微槽中的微流体的流量、流速或者压力。由于微流控芯片中的多个微槽对待号脉部位的血管进行了很好地仿真，从而脉搏信号可以很好地体现在微槽中的微流体中，克服了传统的单点或复合多点压力传感器检测点数目有限、检测灵敏度不高的缺陷。
文档编号A61B5/02GK102058399SQ20091023774
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者朱道本, 江雷, 聂富强 申请人:中国科学院化学研究所