臺灣博碩士論文加值系統

根據國際糖尿病協會的統計，在2001年35歲以上的糖尿病患中約有五百萬人同時亦罹患有心血管疾病，糖尿病患者比起一般人有較高的風險引起心臟病及心肌梗塞等心血管疾病的問題，而此兩種疾病的其中兩個重要的生理指標分別是血液中的血糖值及膽固醇值，因此即時監控兩種生理參數有著臨床上的重要的意義。
隨著微機電製程技術的進步，能發展出效能更好體積較小之生化感測器，因此以自行發展之電化學感測平台，發展多酵素之電化學感測器，用以即時檢測血糖及膽固醇值之功能。可感測血糖的靈敏度達1mM，線性範圍為1mM~20mM，膽固醇靈敏度達2mM，線性範圍為2~10mM，以符合臨床上的需求。為了得到較佳的反應線性度，在電極的表面改質上使用比咯高分子以循環伏安法，用電聚合的原理形成均勻孔隙之導電性高分子薄膜，以固定酵素及降低電極的介面阻抗並探討出較佳的掃描速率為30mV/Sec並分析循環次數與介面阻抗間的關係。為微小化感測系統，以TSMC 2P4M 0.35μm CMOS半導體製程，設計以安培法為基礎之轉阻前端放大電路，含Pad面積僅700μm*700μm可降低感測系統的體積節省功率的消耗小於3.34mW，用以驅動及讀取微電極所產生之氧化電流訊號，以定量溶液中的血糖及膽固醇值，再以LabVIEW撰寫信號的擷取與分析介面，可方便行動式平台的資訊轉移。

According to IDF the statistic (International Diabetes Federation) in 2001, 5 million persons aged 35 years and older with diabetes reported being diagnosed with a cardiovascular disease condition. The people have higher risks in heart attacks and strokes. The blood glucose and cholesterol levels in blood are most important biochemical indicator in human blood of the diabetes and cardiovascular disease.
Using the MEMS technology, we can develop biosensor with higher performance and smaller size. In this paper, we design the micro electrochemical electrode array which can be used as multi-enzyme electrochemical biosensor. The sensing range for glucose and cholesterol are 1mM~20mM and 2mM~10mM respectively , it is suitable to clinical application. In order to improve the linearity of the sensor, we use the Cycle Voltametry(CV) to immobilize the enzyme on electrode surface and reduce interface impedance by polypyrrole thin film. We have found the best scan rate of CV is 30mV/Sec. For miniaturization of sensing system, we design a preamplifier by TSMC 2P4M CMOS 0.35μm semiconductor process. It can reduce power consumption to less than 3.34mW for driving the micro electrochemical sensor array. We have designed the LabVIEW program for data analysis and mobile platform.

中文摘要 I
Abstract II
圖目錄 VI
表目錄 X
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 4
1.2.1目前現有的葡萄糖檢測技術 4
1.2.2 生化感測器 6
1.2.3電化學生化感測器 7
1.3 研究架構 10
1.4 研究貢獻 12
第2章 實驗理論基礎 13
2.1 電流式感測器之原理 13
2.1.1 酵素的感測機制 17
2.1.2安培法之二極式與三極式電化學生化感測器 18
2.2 葡萄糖生化感測器 19
2.3 膽固醇生化感測器 20
2.4 導電性高分子的簡介 22
2.4.1 比咯高分子 23
2.4.2 比咯高分子電化學聚合 23
2.5 酵素的固定方法 24
2.6 氧化酶的活性探討 26
第3章 實驗方法 27
3.1 微電化學電極陣列 27
3.2 電極測試及包埋流程 29
3.3 葡萄糖氧化酶之包埋 31
3.4 膽固醇氧化酶之包埋 31
3.5.1 葡萄糖溶液及膽固醇溶液的備製 32
3.5 微電化學電極陣列Ag/AgCl參考電極備製 33
3.6 實驗藥品 33
3.7 儀器及器材 34
第4章 後端類比電路驅動讀取電路之設計 38
4.1 設計理念 38
4.2 電路設計方法 38
4.3 前級積體驅動放大電路設計 42
4.3.1設計方法 42
5.3.2 前級積體電路放大器設計流程 46
4.3.3 電路模擬結果 47
4.4以虛擬儀控(LabVIEW)設計之循環伏安法及後端的分析程式 50
4.4.1設計循環伏安法之三角波產生訊號 50
4.4.2氧化還原訊號的讀取電路及監控介面 50
4.4.3 安培法讀取電路及LabVIEW分析介面 52
第5章 結果與討論 54
5.1 微電化學電極陣列表面電化學特性測試 54
5.2 銀/氯化銀參考電極的備製與測試 55
5.2.1 參考電極生命週期評估 58
5.3 微電化學電極陣列表面的元素分析 61
5.4 Polypyrrole高分子薄膜包埋速率的探討 62
5.2.1不同的循環次數下的介面阻抗分析 64
5.3膽固醇濃度測試 68
5.4葡萄糖濃度的測試 69
5.4.1 提高葡萄糖氧化酶濃度的量測結果 70
5.4.2 定溫37℃時葡萄糖的量測結果 71
5.5 膽固醇及葡萄糖溶液混合濃度測試 72
5.6 量測電路及LabVIEW介面的整合量測結果 74
5.6.1 電化學系統的微小化 74
5.6.2前端積體電路放大電路實測的結果 75
5.7 結論 78
第6章 未來展望 80
參考文獻 81

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