臺灣博碩士論文加值系統

本研究提出以三氧化二鋁陶瓷基板透過工業級厚膜印刷製程，開發具有抗形變、耐酸蝕及耐高溫之陣列型生物感測器。厚膜電路陣列型感測器所使用的並聯金導體電極對葡萄糖酵素所能達到的靈敏度成等比正相關的線性趨勢。
厚膜陶瓷電路陣列型感測器，擁有A、B、C & D四組不同的感測電極，四組電極的氧化電流反應相當穩定，對不同濃度的葡萄糖溶液之反應峰值均能有效落在0.8V - 1.2V的範圍。反應峰值電流對於不同濃度之葡萄糖溶液，其涵蓋範圍對於探測人體血糖濃度5.6 mMol - 16.7 mMol(100 mg/dL - 300 mg/dL)，具有相當優異的穩定性，符合感測器要求的偵測範圍。
將本感測器四組電極並聯後，信號雜信比(Signal to Noise Ratio, SNR)高於原先單組電極所偵測出之SNR，具有對微量訊號偵測放大優勢。
本感測器係使用三氧化二鋁基板作為基材，再利用厚膜高溫燒結進行銀導體與金電極部局，結合多項材料固體型態之穩定以及耐溫抗酸的物理特性，可將此感測器應用於相當惡劣的環境，抑或是高溫的液體中進行長期偵測等，其應用面優於其他材質感測器。

This is the research to develop the array-type biosensor on aluminum oxide substrate through industrial-grade thick film printing process. The optimum sensitivity of the gold type electrode conductors on this array-type thick film biosensor can be achieved as a positive linear trend related geometric.
There are four different sensing electrodes in the array-type thick film biosensor. The reaction is quite stable for four groups of electrode. The peak of the response to different concentrations of glucose solution can effectively falls 0.8V - 1.2V range of. Peak current response for glucose solution, its scope for the detection of human blood glucose concentration 5.6 mMol -16.7 mMol(100 mg/dL - 300 mg/dL), with quite excellent stability, and within the sensor requirements the detection range.
After the four groups sensor electrodes connected in parallel of different concentrations of glucose solution for detection, SNR (Signal to Noise Ratio) is higher than the original single set of electrodes detects the SNR, with the advantages of trace signal detection enlarge.
Aluminum oxide ceramic is used as substrate, and then run with high-temperature sintering method to come out the sensor electrodes with silver and gold thick film paste. There are several types of solid material physical characteristics such as thermo stability and against corrosion. The sensors can be used in this pretty harsh environment, or is carried out to detect liquid temperatures, etc., its application is superior to other materials surface sensors.

目次
致謝 I
論文摘要 II
Abstract III
目次 IV
圖次 VII
表次 IX
第一章 緒論 - 1 -
1.1 前言 - 1 -
1.2 研究背景與動機 - 3 -
1.3 研究目的 - 3 -
1.4 論文架構 - 3 -
第二章 文獻回顧與基本原理 - 5 -
2.1 文獻回顧 - 5 -
2.2 陶瓷基板 - 6 -
2.3 燒結 - 8 -
2.4 感測器簡介 - 10 -
2.5 電流式感測器 - 12 -
2.6 酵素的特性與單位 - 14 -
2.7 酵素的固定化方法 - 15 -
2.8 酵素的分類 - 15 -
2.9 葡萄糖氧化酵素 - 16 -
2.10 葡萄糖氧化酵素之用途 - 17 -
2.11 葡萄糖感測器的反應機制 - 17 -
第三章 元件製作與實驗方法 - 23 -
3.1 厚膜陶瓷陣列型感測器製作 - 23 -
3.2 本研究成品基礎測試 - 30 -
3.3 二茂鐵過飽和溶液配製 - 31 -
3.4 葡萄糖水溶液配製 - 31 -
3.5 葡萄糖氧化酶酵素感測器製備 - 31 -
3.6 操作步驟 - 33 -
3.7 葡萄糖氧化酶感測器進行氧化還原反應驗證 - 34 -
3.8 研究工具 - 35 -
第四章 結果與討論 - 40 -
4.1 驗證結果： - 40 -
第五章 研究結論與未來展望 - 48 -
5.1 研究結論 - 48 -
5.2 本實驗電極&碳電極材質電極靈敏度比較 - 49 -
5.3 未來展望 - 49 -
參考文獻 - 51 -

圖次
圖 1 五大死因歷年趨勢圖 - 2 -
圖 2 金電極在披覆多層(a)兩層、(b)四層、(c)六層、(d)八層葡萄糖氧化酶/二茂鐵在0.1M緩衝溶液下的循環伏安法測試【3】 - 5 -
圖 3固相燒結各階段示意圖【6】【7】 - 10 -
圖 4感測器之組成【8】 - 11 -
圖 5電流計法示意圖【12】 - 13 -
圖 6電化學偵測Glucose之原理【20】 - 19 -
圖 7自動網印機 - 23 -
圖 8各塗料適用網板 - 24 -
圖 9隧道式燒結爐 - 24 -
圖 10網板與氧化鋁基板設定 - 25 -
圖 11塗料拓印 - 25 -
圖 12塗料拓印半成品 - 26 -
圖 13燒結後成型半成品 - 26 -
圖 14厚膜陶瓷陣列型感測器製作流程 - 27 -
圖 15厚膜陶瓷陣列型感測器成品 - 27 -
圖 16銀導體線路側視圖(40X) - 28 -
圖 17銀導體掃瞄式電子顯微鏡照片(1000X) - 28 -
圖 18感測器(金)電極顯微鏡照片(40X) - 29 -
圖 19感測器(金)電極掃瞄式電子顯微鏡照片(1000X) - 29 -
圖 20 感測器線阻敘述統計 - 30 -
圖 21 各線阻測試樣本分布曲線 - 30 -
圖 22 測試前感測器需浸泡在磷酸鹽溶液中進行活化 - 32 -
圖 23葡萄糖酵素製備後感測器(金)電極表面 - 33 -
圖 24 測試電極分組 - 34 -
圖 25元件分析儀設定 - 35 -
圖 26高能量UV固化光箱 - 36 -
圖 27 Keithly 4200 元件分析儀 - 36 -
圖 28 高速試管震盪器 - 37 -
圖 29 拓印網板(320網目)& 酵素印刷對位治具 - 37 -
圖 30 感測器&固定標準電極治具 - 38 -
圖 31 微量天平 - 38 -
圖 32 100 ml P.P溶液罐 - 39 -
圖 33 Port A 感測電極氧化還原曲線 - 40 -
圖 34 Port A靈敏度&線性程度 - 40 -
圖 35 Port B 感測電極氧化還原曲線 - 41 -
圖 36 Port B靈敏度&線性程度 - 41 -
圖 37 Port C 感測電極氧化還原曲線 - 42 -
圖 38 Port C靈敏度&線性程度 - 42 -
圖 39 Port D感測電極氧化還原曲線 - 43 -
圖 40 Port D靈敏度&線性程度 - 43 -
圖 41 四組電極並聯感測電極氧化還原曲線 - 44 -
圖 42 四組電極並聯感測電極之靈敏度&線性程度 - 44 -
圖 43 各量測電極在不同濃度下的反應電流比較 - 47 -

表次
表 1 101年十大死因統計圖表 - 1 -
表 2酵素分類及功能(修改自參考文獻)【15】【16】 - 15 -
表 3 常用電子傳遞介質及其特性【13】 - 21 -
表 4 各電極靈敏度與線性度(本研究整理) - 47 -
表 5 本研究使用之陣列感測器前人文獻比較(本研究整理) - 49 -

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