可穿戴技術具有通過提供生理參數的連續測量來改變醫療保健的潛力。不使用電子元件就能被動監測生理壓力的傳感器是可穿戴隱形眼鏡的理想選擇，因為它們很容易與角膜和外部環境接觸。在這里，我們報告了一種被動集成微流體傳感器，具有一種新的轉導機制，將小的應變變化轉化為一個大的流體體積膨脹，可通過智能手機相機檢測。傳感器結構和材料性能的優化導致了一個線性和穩定的傳感器響應。結果表明，傳感器對單軸應變的檢測限為0.06%，對雙軸應變的19小時的持續運行能力，使用壽命達到>7個月，顯示了長期眼科監測應用的潛力。

      青光眼是一種神經退行性疾病，可導致不可逆的進行性視力喪失。根據2013年的數據，全球青光眼患者（40-80歲）的人數估計為6500萬，預計2020年將達到7600-8000萬，2040年將達到1.12億。高眼壓(IOP)是青光眼的主要和單一可改變的危險因素。目前，在醫生的辦公室使用眼壓計進行的IOP的標準測量，提供了一個單一的數據點。然而，IOP不僅在一天中發生變化，而且因人而異，并取決于日常生活（如飲食、鍛煉等）。IOP的日波動是青光眼進展的獨立危險因素。這些波動可以改變醫生對疾病進展的看法。因此，需要連續、方便、準確的IOP測量來有效治療青光眼。

      可穿戴技術利用納米顆粒、碳納米管和嵌入在彈性體中的液態金屬/離子液體進行機械電氣轉導。隱形眼鏡式可穿戴傳感器不僅適用于眼科應用（如青光眼管理），也適用于對淚液中化學生物標志物水平的測量。可穿戴傳感器中的電氣測量需要金屬或半導體組件，用于功率、射頻或藍牙通信和數據處理。

      由于電子元件的低空氣滲透性和不透明性，以及傳感器與角膜連接時的困難，這對于眼部應用尤其困難。臨床研究表明，24小時使用帶有電組件的隱形眼鏡會由于機械不匹配的而導致角膜形貌的改變。在另一項臨床研究中，DeSmedtetal.顯示，在90%的患者使用隱形眼鏡與電組件有熒光素陽性染色24小時后，角膜損傷的跡象，與電組件的位置相關（例如，微處理器），30%的病人需要抗生素治療。Kim等人證明，由石墨烯-銀納米線組成的透明電元件可以解決接觸鏡傳感器中金屬組件的不透明問題。近，Jiang等人建議利用微流體技術來提高隱形眼鏡傳感器的透氣性。

導流體液體在微流體通道中的應用由于其柔韌性性和魯棒性等優點，近年來在可穿戴傳感方面引起了關注。微流控物理傳感器（如應變、溫度、壓力）已被證明用于各種生物醫學應用，如步態監測、關節/肌肉活動監測、血壓監測、模擬人體體外循環和眼壓監測。

      具有被動視覺讀出的微流控傳感器在可穿戴應用中具有固有的優勢，如透明度、生物相容性、靈活性和易于接口，因為它們不需要任何電子元件。微流體與智能手機相機的集成可以輕松準確地檢測顏色或形狀變化。被動視覺讀出在眼科是更好的，因為視覺容易獲得和靶器官，角膜的機械敏感性。微流體的智能手機成像已被證明可用于使用植入式微流體傳感器進行連續眼壓(IOP)監測應用的數據讀出。

      在本研究中，Araci等人使用體積放大來提高壓力靈敏度（見補充圖1）。體積放大是將體積變化轉換為大的線性位移，這是微流控傳感器的另一個*優勢。這種現象也被用于普通的汞基溫度計，以一種特殊形式的膨脹測量法[32]。基于膨脹測量法的微流控被動傳感器可以將給定的物理輸入轉換為液體半月板的位移，用于視覺檢測。這種器件的穩定性和壽命依賴于氣體和液體體積及其界面能的平衡。這就限制了壽命[23]或傳感器材料（例如，溫度計中的汞和玻璃，分別是不生物相容性和不滲透的）。因此，為了在軟被動微流控應變傳感器中獲得一種穩健的性能，需要一種穩定的、生物相容性的液體/傳感器材料組合以及一種敏感的轉導機制。

在此，我們提出了一種新型的微流控膨脹計，它被用作一種無電子應變傳感器。我們利用微流控通道網絡的體積膨脹（即膨脹）作為應變傳感器的工作原理。通過數值模擬，我們優化了器件的體系結構，以實現大的體積放大。我們已經從用各種幾何參數和材料制作的傳感器中獲得了廣泛的實驗數據。結果表明，在毛細力作用下，導油的吸收和微小通道變形是影響圖像應變傳感器性能的兩個主要因素（即引起漂移、遲滯和不穩定）。我們減少了通道寬度以增加剛度，并利用了生物相容性和穩定的材料（如疏油)NOA65消除吸油，導致線性和穩健的性能。我們已經將該傳感器嵌入到隱形眼鏡中，證明了該設備在眼科臨床應用中的適用性。在生理條件下測量了去核豬眼的IOP誘導應變，并與接觸眼壓測量進行了比較。該設備可以測量青光眼臨床相關壓力范圍(10-40mmHg)內IOP對角膜形狀變化引起的應變。

微流控體的幾何形狀和材料性能的優化

（略）

結論

我們使用NOA65和Clearflex的復制成型技術制作了傳感器。我們已經開發了軟光刻技術，可以制造到100µm的通道高度為150µm(即通道膜厚度為~25µm)的傳感器。（見方法和圖2）。我們制造了具有不同儲層寬度和高度的傳感器。傳感器響應分別在機械應力/應變分析儀(bimomomentum Inc.，Mach-1)和自制的半球形壓力容器上進行了表征.對于單軸測試，傳感器被放置在Mach-1上，并在2小時內被拉伸和釋放三次。下圖3結果顯示，Clearflex的傳感器具有較大的滯后和恒定的漂移。然而，在保持相同的靈敏度的情況下，隨著液藏寬度從200µm減小到50µm，滯后和漂移都減小。與由Clearflex制造的傳感器相比，NOA65傳感器在200µm的儲層寬度下具有更小的遲滯性和更好的穩定性。穩定性的提高可以解釋為noa65減少的液體吸收和更高的彈性模量。由此可見，NOA65傳感器在50µm儲層寬度下的穩定性得到改善，視覺上無漂移，滯后可忽略，這支持了較高的楊氏模量和較低的通道寬度有助于更好的穩定性。我們將這種急劇的改善歸因于i)毛細管力的平衡和ii)隨著儲層通道寬度的減小，更硬的通道膜的變形減小。

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