臺灣博碩士論文加值系統

微流體技術在生物晶片中快速發展，其微量總體分析系統(Micro Total Analysis System)便是將生醫檢測上取樣、樣本傳輸、混合、分離及偵測等功能。
本論文發展四種碟片，分別為(一)紅、黑墨水混合碟片(二)紅、黑、藍墨水混合碟片(三)洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水進行混合之模擬碟片(四)洋蔥DNA碟片使用實際液體碟片，藉由NTFL實驗室所推導出臨界轉速公式，經過基礎轉速與應用碟片兩者實驗比對後，預測突破閥門的轉速誤差在10%內，相當精確且實用性，藉由NTFL可攜式光碟機，使馬達正、反轉作混合效果，吾人稱為振盪混合法，本文碟片的混合效果相對誤差分別為14%、17%、30%。
最後吾人成功開發出洋蔥DNA碟片使用實際液體碟片，且經紫外光測量和DNA電泳加以來驗証有DNA存在。希望未來能結合生醫知識多方之應用，擴大LabCD之應用面。

Micro-fluid techniques are developed rapidly in the bio-chip area. The Micro Total Analysis System provides the capabilities in sampling, transporting, mixing, separating, and sensing function.
This thesis develops four kinds of bio-discs, first red black ink mixing the disc, second red black blue ink mixing the disc, third onion DNA disc is used red black blue ink mixing the simulation disc, fourth onion DNA disc uses the real liquid disc.The critical rotational speed formulae derived from NTFL laboratory, basic rotational speed and application disc two experiments, predict that it is in 10% to break through the error of rotational speed of the valve.NTFL Portable CD-ROM,the motor cw/ccw make mix, we called shaking mixing method, that bio-discs mixing effect relative error 14%, 17%, 30%.
Finally, we succeed in developing onion DNA disc uses the real liquid disc, Proved DNA exists by UV Spectrophotometer and electrophoresis. We hope this research can be combined with more biomedical applications, and increase the applicability of LabCD.

目錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究目的 3
1.4 文獻回顧 4
1.4.1 碟片微流道混合設計 4
1.4.2 生物碟片於應用實例設計 5
1.5 碟片之臨界轉速之預測 7
第二章 洋蔥DNA萃取碟片設計 13
2.1 洋蔥DNA的一般特性 13
2.1.1 洋蔥DNA一般萃取的步驟 13
2.2 設計碟片的困難 13
2.3 北科大微熱流(NTFL)實驗室之碟片發展 14
2.3.1 人機介面的碟片程式 15
2.3.2 碟片軟體設計參數參數設定 15
2.4 基礎實驗與洋蔥應用碟片設計 15
2.4.1 基礎實驗碟片之設計 15
2.4.2 洋蔥應用碟片設計目的 15
2.4.3 應用碟片設計步驟 17
第三章 實驗設備 31
3.1 碟片液體基礎特性量測 31
3.1.1 表面張力量測 31
3.1.2 接觸角量測 32
3.1.3 實驗檢測液體 33
3.2 生物碟片之微流道切割技術 33
3.2.1 實驗微流道晶碟片 33
3.2.2 CNC雕刻碟片製作 33
3.2.3 碟片清洗 33
3.3 實驗設備 34
第四章 實驗結果與討論 46
4.1 實驗一 紅、黑墨水混合碟片結果討論 46
4.2 實驗二 紅、黑、藍墨水混合碟片結果討論 47
4.3 實驗三 洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水進行混合之模擬碟片結果討論 47
4.4 實驗四 洋蔥DNA碟片使用實際液體碟片結果討論 48
4.5 洋蔥DNA紫外光吸收之振動光譜實驗結果 49
4.6 洋蔥DNA電泳實驗結果 50
第五章 結論與未來展望 73
5.1 結論 73
5.2 未來展望 74
參考文獻 75


表目錄

表2.1 將洋蔥DNA代入碟片之對照表 20
表3.1 表面張力量測值 37
表3.2 為接觸角量測值 37
表3.3 數控工具機性能表 38
表4.1 實驗一紅、黑墨水混合準標平臺實驗數據與理論值分析 53
表4.2 實驗一紅、黑墨水混合可攜式光碟機時間與轉速規劃表 53
表4.3 實驗一紅、黑墨水混合效果比較 54
表4.4 實驗二紅、黑、藍墨水混合準標平臺實驗數據與理論值分析 55
表4.5 實驗二紅、黑、藍墨水混合可攜式光碟機時間與轉速規劃表 55
表4.6a 實驗二紅、黑、藍墨水混合第一階段混合效果比較 56
表4.6b 實驗二紅、黑墨水混合第二階段混合效果比較 57
表4.7 實驗三洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水準標平臺實驗數據與理論值分析 58
表4.8 實驗三洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水可攜式光碟機時間與轉速規劃表 58
表4.9a 實驗三洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水第一階段混合效果比較 59
表4.9b 實驗三洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水第二階段混合效果比較 60
表4.9c 實驗三洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水第三階段混合效果比較 61
表4.9d 實驗三洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水第四階段混合效果比較 62
表4.10a~d 為紫外光測量各種酵素結果 63



圖目錄

圖1 全球生物晶片產業市場(2001~2020) 8
圖1.1(a) ELISA應用設計[12] 9
圖1.1(b) ELISA應用在細胞培植 9
圖1.2 Brenner等人全血分離設計 10
圖1.3 圖 培養線蟲碟片設計 10
圖1.4 蛋白質純化碟片 10
圖1.5(a) 血液分離檢測設計圖 11
圖1.5(b) 血液分離動作原理圖 11
圖1.6 定點照護(POC)碟片應用設計 12
圖1.7 免疫球蛋白(sIgA)碟片應用設計 12
圖2.1洋蔥表皮細胞 21
圖2.2 細胞內部名稱 21
圖2.3 DNA關係圖 22
圖2.4 液體流經漸擴閥示意圖 22
圖2.5失敗的洋蔥萃取動作碟片圖 23
圖2.6a 流道閥門參數介面 24
圖2.6b 參數設定圖 24
圖2.7a 參數計算結果介面 25
圖2.7b 參數計算結果圖 25
圖2.8a 紅、黑墨水混合碟片設計圖 26
圖2.8b 實際紅、黑墨水混合碟片設計圖 26
圖2.9a 紅、黑、藍墨水混合碟片設計圖 27
圖2.9b 實際紅、藍、黑墨水混合碟片設計圖 27
圖2.10a 洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水進行混合之模擬碟片設計圖 28
圖2.11a 洋蔥DNA碟片使用實際液體碟片設計圖 28
圖2.10b 實際洋蔥DNA碟片使用紅、黑、藍墨水進行混合之模擬碟片設計圖 29
圖2.11b 實際洋蔥DNA碟片使用實際液體碟片設計圖 29
圖2.12 洋蔥萃取步驟程序圖 30
圖3.1 為杜努薔表面張力量測圖 38
圖3.2 Sessile Drop Method原理 38
圖3.3 (a) 為DI water (b) 為紅墨水 (c) 為黑墨水 (d) 為藍水接觸角 39
圖3.4 為微熱實驗室清洗流程步驟 39
圖3.5 旋轉平臺控制器 40
圖3.6 旋轉測試平台(a) 同步閃頻儀(b) 伺服馬達(c) CCD 40
圖3.7 表面張力計 41
圖3.8 微量針筒 41
圖3.9 數控工具機CNC( Dyna Myte 2400 ) 42
圖3.10 超音波清洗機 42
圖3.11a 光碟機雛型 43
圖3.11b 增加電源開關 43
圖3.11c 增加光碟機開始、CCD開關 43
圖3.12 標準平台實驗流程步驟 44
圖3.13 可攜式光碟機實驗流程步驟 45
圖4.1 實驗一可攜式光碟機實驗流程圖 64
圖4.2 實驗二可攜式光碟機實驗流程圖 65
圖4.3 實驗三可攜式光碟機實驗流程圖 66
圖4.4 實驗一可攜式馬達轉速與時間圖 67
圖4.5 實驗二可攜式馬達轉速與時間圖 67
圖4.6 實驗三可攜式馬達轉速與時間圖 68
圖4.7 a、b是紫外光測量儀器配備 69
圖4.7c~f 為實際紫外光測量數據 69
圖4.8 DNA電泳邏輯圖 70
圖4.9a~l 為DNA電泳實驗流程圖片 72

[1] H. Haspel, L. Gleich, M. Shea, T. Towle, N. Schmid, S. Ommert, B. Carvalho, G. Kellogg, P. Bansal, and M. Contarino, “Drug Serum Protein Binding on Tecan''s LabCD System,” TECAN, 1998.
[2] D. C. Duffy, H. L. Gillis, J. Lin, N. F. Sheppard, Jr., and G. J. Kellogg, “Microfabricated Centrifugal Microfluidic Systems Characterization and Multiple Enzymatic Assays,” Analytical Chemistry 71, 20, October 1999.
[3] Marc J. Madou, L. James Lee, S. Daunert, S. Lai, and C. H. Shih, “Design and Fabrication of CD-like Microfluidic Platforms for Diagnostics: Microfluidic Functions,” Biomedical Microdevices, vol. 3, No.3, 2001, pp.245-254
[4] M. Grumann, A. Geipel, C. Klaunick, T. Brenner, R. Zengerle, and J. Ducree, “Microfluidic Mixing by Actuation of Magnetic Beads on Rotating Lab-on-a-Disk Platforms,” International Conference on New Actuators 9th, Bremen, Germany, June 2004.
[5] M. Grumann, A. Geipel, L. Riegger, R. Zengerle, and J. Ducree, “Magneto-hydrodynamic Micromixing for Centrifugal Lab-on-a-Disk Platforms,” International Conference on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences 8th, Sweden, September 2004.
[6] Stefan Haeberle,Thilo Brenner,Hans-Peter Schlosser,,Roland Zengerle,Jens Ducrée, ”Centrifugal Micromixer,” Full paper613-616，2005
[7] Jens Ducrée, Thilo Brenner, Stefan Haeberle, ”Patterning of flow and mixing in rotating radial microchannels,” Microfluid Nanofluid 97–105，2006
[8] Jens Ducrée, Thilo Brenner, “Stefan Haeberle，Multilamination of flows in planar networks of rotating microchannels,”Microfluid Nanofluid 78–84，2006
[9] L. J. Lee, S. Lai, S. Wang, J. Luo, S. T. Yang, and M. J. Madou, “Design of a Compact Disk-like Microfluidic Platform for Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,” Analytical Chemistry, April 2004, pp.1832-1837.
[10] T. Brenner, S. Haeberle, R. Zengerle, and J. Ducree, “Continuous Centrifugal Separation of Whole Blood on a Disk,” International Conference on Miniaturized System for Chemistry and Life Sciences 8th, Sweden, September 2004.
[11] Nahui Kim, Catherine M. Dempsey, Jim V. Zoval, Ji-Ying Sze, Marc J. Mado, ”Automated microfluidic compact disc (CD) cultivation system of Caenorhabditis elegas,” Sensors and Actuators, August 2006, pp511-518
[12] Elizabeth A. Moschou, Adrianne D. Nicholson, Guangyao Jia, Jim V. Zoval, Marc J. Madou, Leonidas G. Bachas, Sylvia Daunert, ”Integration of microcolumns and microfluidic fractionators on multitasking centrifugal microfluidic platforms for the analysis of biomolecules,” Anal Bioanal Chem, May 2006, pp.596-605
[13] J. Steigert, T. Brenner, M. Grumann, L. Riegger, S. Lute, R. Zengerle, J. Ducre’e, “Integrated siphon-Based Metering and sedimentation of whole blood on a hydrophilic lab-on-a-disk,” Biomed Microdevices, May 2006, pp.675-679
[14] Daniel A. Bartholomeusz, Rupert H. Davies, Joseph D. Andrade, “Optical enhanced luminescent measurements and sequential reagent mixing on a centrifugal microfluidic device for multi-analyte point-of-care a applications,”Advandced Biomedical and Clinical Diagnostic Systems IV, Vol.6080 60800X-1, 2006
[15] Hidenori Nagai, Yuka Narita, Miyuki Ohtaki, Keiitsu Saito, Shin-ichi Wakida, “A Single-Bead Analysis on a Disk-shaped Microfluidic Device Using an Antigen-immobilized Bead,” Analytical Sciences, August 2007, VOL.23
[16] D. C. Duffy, H. L. Gillis, J. Lin, N. F. Sheppard, Jr., and G. J. Kellogg, “Microfabricated Centrifugal Microfluidic Systems Characterization and Multiple Enzymatic Assays,” Analytical Chemistry 71, 20, October 1999
[17] L. James Lee, etc.. “Design and Fabrication Of Polymer Microfluidic Platforms For Biomedical Applications,” ANTEC-SPE59th, vol. 3, May 2001, pp.2534-2538
[18] T. S. Leu and P. Y. Chang, “Pressure barrier of capillary stop valves in micro sample separators,” Sensors and Actuators, April 2004, pp.508-515
[19] 徐繼威，離心式微流體U型混合器之模擬分析與實驗研究。碩士論文，國立中興大學，台中，2006
[20] 王耀章，不同流道嵌入物設計對流體混合效率影響之研究。碩士論文，大同大學，臺北，2006
[21] 趙健燁，生物晶片之分離定量功能與精確閥門。碩士論文，國立臺北科技大學，臺北，2006
[22]http://cdnet.stpi.org.tw/techroom/market/bio/bio033.htm
[23] L. J. Lee, S. Lai, S. Wang, J. Luo, S. T. Yang, and M. J. Madou, “Design of a Compact Disk-like Microfluidic Platform for Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,” Analytical Chemistry, April 2004, pp.1832-1837.
[24] http://www.takungpao.com/news/08/02/04/_IN-860784.htm
[25] 吳閔詮，應用於水質檢測生物碟片系統之開發。碩士論文，國立臺北科技大學，臺北，2008