卜倩倩, 胡偉頻, 魏從從, 王 丹, 邱 云, 孫 曉

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司,北京 100176)

0 引 言

微流控系統(tǒng)是通過微通道(尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米(μm))處理或操縱微小流體的微型系統(tǒng),又被稱為芯片實驗室(lab on a chip)和微全分析系統(tǒng)(micro-total analytical system)。在微米尺寸的管道輸送微量流體,通過控制和監(jiān)測微通道內(nèi)的流體流動,可以實現(xiàn)高密度集成微流芯片[1],功能材料[2,3],培養(yǎng)細(xì)胞和組織[4]等多種應(yīng)用。壓力傳感可以實現(xiàn)微流體的精確監(jiān)測和控制,是微流控系統(tǒng)的重要組成部分,在生物及醫(yī)療微流控應(yīng)用中扮演著重要的角色。生物應(yīng)用中,生物樣本的聚集、分離,并轉(zhuǎn)移到微流控系統(tǒng)的理想位置,均需要壓力驅(qū)動[5],由于一般實驗周期較長,實時監(jiān)測壓力可以很好地維護(hù)系統(tǒng)環(huán)境;在細(xì)胞行為研究中[6],準(zhǔn)確的壓力測量是施加機(jī)械力和監(jiān)測意外事件發(fā)生的關(guān)鍵;心臟細(xì)胞培養(yǎng)則是利用外部壓力傳感器測量心臟細(xì)胞周圍的壓力,進(jìn)而檢測細(xì)胞形態(tài)學(xué),收縮功能和基因表達(dá)的變化[7]。除生物應(yīng)用外,壓力傳感在醫(yī)療微流控系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用。如在眼壓測試中的壓力傳感器可以實現(xiàn)青光眼檢測[8,9];膀胱壓力傳感器[10]和心血管壓力傳感器[11]則被集成到人工晶體、支架或?qū)Ч苤?對各種臨床參數(shù)進(jìn)行24 h監(jiān)測。在諸多微流控應(yīng)用中,均需高性能的壓力傳感器,以實現(xiàn)預(yù)期的效果,因而,一個易于使用的壓力測量平臺非常有益于研究微尺度流動和實時監(jiān)測實驗室芯片的各種功能。常用的微流控芯片壓力測量方案通常包括電學(xué)式與光學(xué)式兩大類。

本文將對這兩種類型的壓力傳感在微流控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行綜述介紹,并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 電學(xué)式壓力傳感

電學(xué)式壓力傳感器主要包括電容式[12～20]、電阻式[13,21～24]和壓電薄膜式[25～27]3種傳感類型。由于其測量方法與光學(xué)式壓力傳感相比更為簡單,因而受到了廣泛的關(guān)注與研究。電容式壓力傳感通過監(jiān)測頂部和底層兩個電極之間的間隙變化來監(jiān)測信號變化,進(jìn)而計算壓力大小。電阻傳感器則是通過測量膜偏轉(zhuǎn)引起的電阻值變化來推算系統(tǒng)所受壓力的大小。電學(xué)式壓力傳感器靈敏度高,空間分辨率好,且使用了陣列形式,因此,其在與微流控系統(tǒng)集成的方面很有應(yīng)用前景。

1.1 電容式

電容式壓力傳感器的探測原理為:平行板電容器在壓力下發(fā)生形變,而電容與上下電極板板距離成反比,因此,可根據(jù)電容變化來進(jìn)行壓力測試。

用于微流控系統(tǒng)的電容式壓力傳感器的主流技術(shù)是微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system,MEMS)技術(shù)，作為傳感器微型化的熱門技術(shù),其具有體積小,質(zhì)量好,成本低等優(yōu)點。Habibi M等人[14]利用表面微機(jī)械加工法在玻璃基板上制作完成了電容式壓力傳感器陣列。該陣列由電平行的傳感器單元組成,結(jié)構(gòu)包括復(fù)合的SiO2-Cr-SiO2膜片和真空封閉的腔體,通過蝕刻鋁犧牲層形成空腔。Sippola C B等人[15]提出了一種采用厚膜絲網(wǎng)印刷技術(shù)制作的陶瓷電容式壓力傳感器,由位于氧化鋁基片上的底部電極和陶瓷膜片上的頂部電極組成。采用厚膜犧牲層創(chuàng)建腔體和膜片,制備的壓力傳感器靈敏度為9.2 fF/psi。Wang Q等人[16]采用硅融合鍵技術(shù)開發(fā)了一種觸控式電容式壓力傳感器,其具有良好的線性度和過載保護(hù)功能。而Zhou M X等人[17]提出的帶夾層結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感器,采用三掩模過程和陽極鍵合,其傳感器靈敏度為0.2 pF/kPa。

隨著人們對高柔性可穿戴傳感器的興趣的迅速增加,許多應(yīng)用領(lǐng)域,從人體健康監(jiān)測到人造皮膚,應(yīng)變和壓力傳感器等機(jī)械傳感器已被廣泛用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)損壞,評估材料疲勞性能,并跟蹤人體運(yùn)動,這也進(jìn)一步催生了柔性微流控壓力傳感器的發(fā)展。采用導(dǎo)電液體或金屬離子與彈性體結(jié)合制作壓力傳感器近些年得到了廣泛的研究[18～20]。柔性壓力傳感器使用彈性體和流體,在液體/固體之間的界面上創(chuàng)建一個可高度變形的納米微電容器,以達(dá)到超高的靈敏度,相較于傳統(tǒng)MEMS電容式壓力傳感器,其應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。Yan J[21]制作了一種新型微流體電容式壓力傳感器,利用金屬與離子液體介面的高單位面積電容,使不可預(yù)測的寄生電容、布朗噪聲和電噪聲最小化。與傳統(tǒng)的小電容值電容式壓力傳感器不同,這種傳感器通常需要芯片上的電路調(diào)節(jié),因此,不必在傳感器襯底上集成有源電路,即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的離散讀出。其使用的室溫離子液體是一種由陰離子和陽離子組成的濕穩(wěn)定熔融鹽,在室溫下呈液態(tài)且導(dǎo)電,由于具有較大的電化學(xué)窗口,在電極和液體界面施加很大的電壓仍可保持穩(wěn)定狀態(tài),因而可提高傳感器的電氣信噪比(signal to noise ratio,SNR),制備的原型傳感器的靈敏度為522.5 pF/mmHg。

1.2 電阻式

電阻式壓力傳感器隨著“液態(tài)電子”概念引入而得到了快速發(fā)展。將“液態(tài)電子”,即導(dǎo)電液體嵌入彈性體微流道中,即可制作電阻式壓力傳感器。彈性體的變形會改變微通道的橫截面積和長度,從而導(dǎo)致微流道內(nèi)液體的電阻發(fā)生變化。所使用的彈性體多為聚二甲基硅氧烷(poly dimethylsiloxane,PDMS),可以很容易定義出微米級通道的壓力測試能力。圖1(a)為電阻式微流控壓力傳感器的結(jié)構(gòu)模型,在兩個彈性體薄膜的空隙內(nèi),填充導(dǎo)電液體。微柱陣列作為分離層,設(shè)置于兩個可變形的薄膜中間。工作流體的選擇以所需傳感器的特性而定。當(dāng)外部負(fù)載壓力作用于薄膜之上,兩個電極之間的微流體會發(fā)生變形,通過測試導(dǎo)電液體的電阻率變化即可探測到壓力的大小。工作流體的篩選需仔細(xì),以達(dá)到最佳阻抗變化和器件靈敏度。比如,低粘度流體有利于對外部刺激作出快速機(jī)械響應(yīng),具有低的遲滯效應(yīng),而低蒸汽壓流體可以保證穩(wěn)定的電導(dǎo)率和粘度不受環(huán)境因素(如濕度水平,工藝溫度等)的持續(xù)影響。

基于液態(tài)金屬的壓力傳感器在可穿戴電子、機(jī)器人技術(shù)、健康監(jiān)測等領(lǐng)域有許多潛在的應(yīng)用。Gao Y J等人[22]報道了一種基于嵌入式鎵銦錫液態(tài)金屬微通道的微流控電阻式壓力傳感器,其微流道寬度和高度均為70 μm;嵌入式等效惠斯通電橋由于可以產(chǎn)生切向和徑向應(yīng)變場,因而產(chǎn)生了0.083 5 kPa高敏感度輸出電壓的變化;此外,惠斯通電橋還提供了溫度自動補(bǔ)償功能,其溫度允許操作范圍為20～50 ℃。將其應(yīng)用于PDMS腕帶,能夠?qū)崟r進(jìn)行脈沖監(jiān)測;而一個帶有多個嵌入式傳感器的PDMS手套,在觸摸或手持物體時,可以提供一個人手的全面觸覺反饋。Li R Y[23]利用電阻式壓力傳感原理,制備了一種透明壓力傳感器薄膜,這種緊湊、柔性和透明封裝的壓力傳感器可以實現(xiàn)0.45 kPa的超高分辨率,且響應(yīng)時間在毫秒(ms)級別,比傳統(tǒng)柔性傳感器高至少1個數(shù)量級。另外,該傳感器的制備過程與工業(yè)電容觸摸屏和液晶顯示器制造工藝兼容,進(jìn)一步擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。整個器件封裝厚度為200 μm,光透過率大于80 %,具體的應(yīng)用可以包括:表面拓?fù)鋵W(xué)作圖,動態(tài)血液壓強(qiáng)監(jiān)控等。Jung T[24]使用鎵銦錫液態(tài)金屬和電阻壓力傳感技術(shù),利用軟光刻技術(shù)將壓力傳感集成于微流控系統(tǒng)中,制備了一種基于薄膜的微流控壓力傳感器。測試結(jié)果表明該壓力傳感器可以對0～230 kPa的壓力進(jìn)行測試,各流體的粘度測量樣品的剪切速率范圍30～1 000/s。用商業(yè)粘度計對牛頓和非牛頓流體的結(jié)果進(jìn)行評價,發(fā)現(xiàn)歸一化差值分別為小于5.1 %和7.0 %。這種基于鎵銦錫液態(tài)金屬的電阻式壓力傳感器具有較高的線性度、重復(fù)性和穩(wěn)定性,可以應(yīng)用于各種微流體系統(tǒng),用于長期監(jiān)測。

1.3 壓電薄膜式

常用于微流控系統(tǒng)的壓電薄膜為高分子納米復(fù)合材料。不同聚合物基材的選擇可能會導(dǎo)致不同的壓阻特性:硅橡膠質(zhì)軟,其摻雜的納米復(fù)合材料的電阻隨壓力呈指數(shù)變化;聚酰亞胺由于涂覆工藝簡單,易于制備,常作為薄膜式壓力傳感器的宿主材料,廣泛應(yīng)用于研究與生產(chǎn)過程中,特別是在微流控或?qū)嶒炇倚酒I(lǐng)域。聚酰亞胺具有極優(yōu)的化學(xué)、熱和機(jī)械特性,但其良好的絕緣性能決定了其不適于直接應(yīng)用于壓電傳感領(lǐng)域,可通過適當(dāng)添加和分散導(dǎo)電因子至聚酰亞胺納米材料中。常用的分散導(dǎo)電因子為碳納米管,經(jīng)碳納米管修飾的聚酰亞胺納米復(fù)合薄膜的導(dǎo)電率可以增加11個數(shù)量級以上。Gau C等人[25]提出了一種利用聚酰亞胺/CNT納米復(fù)合材料作為壓力傳感器薄膜的新方法。以多壁碳納米管為填料,采用原位聚合法制備的聚酰亞胺—碳納米管(polyimide multi-wall nanotube,PI-MWNT)復(fù)合薄膜具有良好的線性壓敏電阻特性。該傳感器具有比多晶硅傳感器更高的靈敏度,快速響應(yīng),且具有熱穩(wěn)定性,適用于大批量生產(chǎn),可廣泛應(yīng)用于微流控系統(tǒng)或生物芯片中。利用PI-MWNT復(fù)合薄膜制備完成的傳感器件截面圖如圖1(b)所示。具體的工藝流程為:首先,10 μm SU—8被旋轉(zhuǎn)涂覆于基板,并圖案化為壓力傳感隔膜。其上濺射鋁金屬層,并模塑成電路。金屬層的使用是為了與PI-MWNTs形成歐姆接觸。然后,40 μm厚SU—8層再次旋涂于襯底上,圖案化為模具,以便PAA-MWNT溶液攜帶所需的MWNT進(jìn)行填充。氮?dú)猸h(huán)境下60 ℃干燥3 h,220 ℃固化3 h,形成PI-MWNT傳感器。之后在其上旋轉(zhuǎn)涂覆一層10μm的SU—8以覆蓋 PI-MWNT傳感器,50 μm SU—8再次涂覆以允許隔膜的壓力運(yùn)動。最后將硅片上的器件移動到低導(dǎo)熱的耐熱玻璃之上。

圖1 二種電學(xué)式壓力傳感器結(jié)構(gòu)

石墨烯是碳原子的二維蜂窩結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的力學(xué),電學(xué)和磁學(xué)特性。在外界應(yīng)力下,單層石墨烯中碳原子間距增大,躍遷能量變低,從而導(dǎo)致電子費(fèi)米速度減小,引起電導(dǎo)率變低,產(chǎn)生負(fù)的壓電效應(yīng)。而雙層和多層的石墨烯在外界應(yīng)力下不僅會拉長面內(nèi)碳原子間距,石墨烯的層間距也會減小,從而導(dǎo)致層間碳原子躍遷能量增大,電導(dǎo)率增加。Inoue N等人[26]使用多層石墨烯薄片建立了一個無分支的微流控裝置內(nèi)聯(lián)壓力傳感器,可作為傳感元件將其轉(zhuǎn)移至柔性微流控系統(tǒng)。此外,文獻(xiàn)[12]報道了一種石墨烯壓電薄膜,以實現(xiàn)全柔性應(yīng)力傳感器的制作。Jiao Y Y等人[27]將石墨烯、微流體金屬和可伸縮彈性體引入微流控系統(tǒng)。將液態(tài)金屬引入微流控系統(tǒng)中,可以實現(xiàn)器件內(nèi)部的柔性配線,保證了整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈活性,降低傳感器在石墨烯傳感元件和金屬線接觸區(qū)域的壓力相關(guān)機(jī)械故障的風(fēng)險。開發(fā)的石墨烯型應(yīng)變傳感器可以實現(xiàn)彎曲結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測,以及跟蹤人手腕的角度運(yùn)動等功能。

2 光學(xué)式壓力傳感

光學(xué)式壓力傳感以其高靈敏度,穩(wěn)定性好及與易于與微流控系統(tǒng)集成等優(yōu)點而得到了廣泛的研究,光學(xué)式壓力傳感包括利用波束偏轉(zhuǎn)測量膜受力大小的光學(xué)杠桿類壓力傳感[28,29]、干涉?zhèn)鞲衃30～33]與流體界面成像傳感[34～38]。

2.1 光學(xué)杠桿

光學(xué)杠桿是針對長度或位置差別很小的情況而進(jìn)行的一種簡單有效的測試方法，使用平行光源,通過對其被測表面變形引起的反射角變化進(jìn)行測量比對，最早應(yīng)用于原子力顯微鏡,對懸臂梁的微小運(yùn)動進(jìn)行檢測[28]。將光學(xué)杠桿原理引入微流體系統(tǒng)進(jìn)行壓力測試,利用光學(xué)傳感測量反射光的偏轉(zhuǎn),通過計算硅壓力膜的變形量實現(xiàn)壓力測量。圖3為將光學(xué)杠桿應(yīng)用于微流體系統(tǒng)的工作原理圖。假設(shè)一個鏡平面,在不施加壓力的情況下,入射光的角度與反射光的角度相等。而在對膜施加壓力后,膜層發(fā)生變形,固定的輻射源以相同的角度入射,入射光與反射光的角度會發(fā)生變化。圖3展示了這種變形如何改變?nèi)肷涔夂头瓷涔獾姆较?。假定光傳感器與壓力膜的距離很大,而反射角度的偏轉(zhuǎn)很小,對于斜率很小的變化,激光沿傳感器的位移變化幾乎是線性的,這就意味著在給定的點上,光學(xué)傳感器的輸出隨壓力的施加呈線性變化。

圖2 不施加壓力與施加壓力下,微流控系統(tǒng)中光傳感器光路

Kohl M J等人[29]利用大量的蝕刻硅元件,將壓力傳感膜與微通道集成,并使用光學(xué)杠桿的方法進(jìn)行了壓力測試,薄膜的偏轉(zhuǎn)由芯片外的光學(xué)系統(tǒng)檢測。該傳感器的靈敏度可以在微加工完成后進(jìn)行調(diào)整,以允許在制備完成后進(jìn)行傳感器的器件優(yōu)化。該系統(tǒng)已用于研究微通道的壓降,并給出了實驗結(jié)果的樣本。研究表明,具有適當(dāng)假設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測系統(tǒng)所受壓力。

2.2 法布里—珀羅干涉

基于膜片的法布里—珀羅(Fabry-Pérot,FP)干涉型光纖壓力傳感器是一個典型的應(yīng)用[30,31],在光纖的尖端制作一個微小的FP腔,通過重新反射的光束強(qiáng)度監(jiān)測壓力。常規(guī)的FP干涉儀由兩個平行放置的玻璃板或石英板組成,為了提高其表面反射率,兩塊平面板的內(nèi)表面鍍有反射率極高的反射膜,同時,兩塊平面板需要精確地保持平行,平行度需達(dá)(1/20～1/100)光波長。同時在未鍍膜表面形成1°～10°的小楔角,以避免其對鍍膜表面反射光的干擾?？筛鶕?jù)需要對兩個平行板間距進(jìn)行調(diào)節(jié)。FP干涉儀主要利用光的干涉測試微流道的變形量,進(jìn)而確定壓力大小。當(dāng)入射波長確定時,兩板之間的介質(zhì)折射率也可以確定,當(dāng)微流道管道受到壓力發(fā)生變形時,兩板間距發(fā)生變化,板間的折射角也相應(yīng)發(fā)生變化,從而引起相位差的變化,導(dǎo)致干涉條紋強(qiáng)度即條紋亮暗發(fā)生變化。

F-T干涉型壓力傳感器為微流道壓力的測定提供有效的方法。Wang W H等人[32]介紹了一種基于FP干涉原理的全硅微型光纖壓力傳感器。蝕刻的光纖尖端和硅薄膜片的端面形成了FP結(jié)構(gòu),對具有熱氧化層的商業(yè)硅晶片進(jìn)行蝕刻,制備出均勻的硅薄膜。薄膜被直接熱粘合到光纖的端面,形成了法布里—珀羅腔。該壓力傳感器表現(xiàn)出良好的線性和滯后特性，并作為一種非侵入式壓力傳感器可以應(yīng)用于各種類型微流控系統(tǒng)中。Song W Z等人[33]提出了一種基于成像方法測量液體壓力的芯片級光射流干涉?zhèn)鞲衅?其剖面圖如圖2(a)所示。該芯片采用多層軟光刻法制備而成,由一個氣隙光學(xué)腔組成,光腔經(jīng)由單色光照射,產(chǎn)生依賴于壓力的干擾模式,通過對干涉圖樣的成像和分析來測量壓力。另外,還采用了一種模式識別算法,大大簡化了計算,提高了測量的可靠性。

2.3 壓力敏感涂層

流動成像可以使流體(氣體,液體)流動的物理過程可視化。對流動場進(jìn)行作圖在生物醫(yī)學(xué),化學(xué)和航天航空工業(yè)等許多工程領(lǐng)域是必要的。任何流量都可以由速度和壓力場兩個物理量定量化,顆粒成像速度(particle imaging velocity,PIV)測量是流動場速度測量的黃金標(biāo)準(zhǔn)。PIV跟蹤示蹤物顆粒,并為流體的速度場作圖。但是這種方法不能提供有關(guān)全壓力場的信息,而全壓力場對于全面理解流體動力學(xué)是必須的。流體的壓力作圖,典型的方法是將集成壓力傳感器的微型探針放置于一些關(guān)鍵位置。但是這種方法具有侵入性,且需機(jī)械掃描整個系統(tǒng),測試量很大。

壓力敏感涂層(pressure sensitive paint,PSP)是一種基于發(fā)光分子和粘結(jié)劑分子的傳感器,在測試過程中,發(fā)光分子的強(qiáng)度變化被記錄下來,通過校準(zhǔn),轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)據(jù)。圖2(b)展示了PSP測試的原理圖。粘結(jié)劑是聚合物或模型表面的多孔襯底,用來將PSP傳感器貼覆于模型表面,以確保傳感器可以在各種測試條件下使用。PSC傳感器在特定波長的發(fā)光源下被激發(fā),發(fā)光源可以為紫外,藍(lán)色或綠色LED,取決于所選擇的發(fā)光分子。在激發(fā)光作用下,PSP分子的能量水平上升至一個高能量狀態(tài),再通過輻射或非輻射過程回到基態(tài)。輻射過程發(fā)出比激發(fā)波長更長的光,這種現(xiàn)象叫做斯托克斯位移。在黑暗環(huán)境下進(jìn)行測試,使用光學(xué)濾鏡去除環(huán)境光,改善信噪比。而非輻射過程是氧淬滅,由氧分子與發(fā)光體之間的相互作用導(dǎo)致。氧淬滅會減小輻射過程所需的能量。因此輻射發(fā)光會隨著環(huán)境中氧濃度的變化而變化?？梢杂肧tern-Volmer方程校準(zhǔn)壓力和發(fā)光的變化Iref/I=A(T)+B(T)P/Pref，其中，I為測試到的發(fā)光強(qiáng)度,Iref為參考條件下測試到的發(fā)光強(qiáng)度。A和B為溫度相關(guān)系數(shù),通過實驗標(biāo)定獲得。在獲得A和B之后,可以應(yīng)用Stern-Volmer方程將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成壓力數(shù)據(jù),實現(xiàn)壓力傳感功能。

圖3 二種光學(xué)式壓力傳感器原理

為了將PSP傳感器應(yīng)用于微流控系統(tǒng),需要開發(fā)新的涂覆過程,精確控制低膜厚下的涂層均一性,以替代傳統(tǒng)大面積的壓縮氣體噴涂過程。典型的方法包括旋轉(zhuǎn)涂覆與Langmuir-Blodgett(L-B)方法。旋轉(zhuǎn)涂覆的用以制備微米級別的PSP傳感器,L-B方法則是用于分子層厚度的薄膜制備。這兩種涂覆方法提供的傳感器厚度控制精度分別在微米(μm)和納米(nm)尺寸。將PSP膜層旋轉(zhuǎn)涂覆在玻璃基板之上,可以制備一個大約1 μm厚的薄膜,表面粗糙度約0.06 μm[34]。帶有PSP傳感器的玻璃片可以用作蓋板玻璃,封裝微流控器件。在植入微流控器件中,PSP傳感器所選發(fā)光分子的尺寸約為1 nm。在Langmuir-Blodgett方法方面,Matsuda Y[35]利用兩親性發(fā)光體使用Langmuir-Blodgett方法制備了壓力敏感分子薄膜PSMF。

PSP技術(shù)之于微流控系統(tǒng)具有極大的吸引力。PSP不僅可以快速制備涂層,且能提供具有較大空間分辨率的全球壓力剖面。將PSP 應(yīng)用于微流控系統(tǒng)測量流體和內(nèi)部的壓力近期已有大量的文獻(xiàn)報道[36～38]。Hoera C[38]制備了第一個光學(xué)可讀的集成微流控壓力傳感器,其工作原理基于通道內(nèi)的發(fā)光傳感器層。這種光學(xué)可讀的微流體壓力傳感器具有高達(dá)9 mbar的靈敏度,5 Pa的工作范圍。研究表明,該方法具有較高的靈活性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。除了壓力測定之外,集成發(fā)光傳感器還可以同時檢測過程介質(zhì)的溫度和氧氣含量。

3 結(jié)束語

微流控研究的重點是單一設(shè)備的各種功能的系統(tǒng)集成,而壓力傳感的功能集成在化學(xué)過程研究,生物細(xì)胞分析及醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面發(fā)揮這重要作用。電學(xué)式壓力傳感具有高靈敏度及高空間分辨率等優(yōu)點,同時具有良好的測量精度。但是其工藝過程復(fù)雜,需要金屬沉積和刻蝕等步驟;另外,這類傳感器通常使用機(jī)械性能較差的材料,如硅,碳纖維等,從而導(dǎo)致傳感器在受到彎折或撞擊時發(fā)生損壞。因此,優(yōu)化工藝步驟及探討更為柔性的基底材料是應(yīng)用于微流控的電學(xué)式壓力傳感的發(fā)展方向。光學(xué)傳感器易于集成至微流控系統(tǒng),且穩(wěn)定性好。其缺點是需要大規(guī)模的儀器來獲取圖像,并進(jìn)行復(fù)雜的分析以估算壓力。因而開發(fā)高度集成的光路系統(tǒng),如光波導(dǎo),光敏器件的工藝集成燈,是光學(xué)式壓力傳感器的發(fā)展方向。