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研究生:吳英信
研究生(外文):Ying-Hsin Wu
論文名稱:微晶片聚合酶連鎖反應器效率之評估與最佳化分析
論文名稱(外文):Efficiency Assessing and Optimal Analyzing of Micro PCR Chip
指導教授:陳榮盛陳榮盛引用關係
指導教授(外文):Rong-Sheng Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系碩博士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:微晶片聚合酶連鎖反應器最佳化
外文關鍵詞:Micro PCR ChipOptimization
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本文係針對微晶片聚合酶連鎖反應器(PCR Chip),利用ANSYS模擬軟體進行分析,以探討晶片中樣本的溫度分佈情形,首先評估最佳熱電阻尺寸配置方式,並分析各元件的材料對於樣本均溫效率的影響,最後,利用最佳化方法,在合理之設計變數變化範圍內,找出具有最佳均溫效率之樣本尺寸設計。
研究結果顯示,維持熱電阻斷面積與電阻值固定的前提下,即適當調整熱電阻厚度並以長度之變化補足電阻差值,將可獲得較佳的均溫效果,此外,當熱電阻的表面積越大時,具有較佳的均溫性,其次,在各元件的材料組合方面,上蓋板與基材使用PMMA使得熱量不易散失,故形式四之組合一的均溫效率為84.1%。再者,在限定條件下,進行樣本的尺寸最佳化分析,可得最佳的樣本尺寸,長度為3054μm,寬度為2502μm,其高度為119μm,該組合之樣本均溫效率為96%。
This thesis focuses on polymerse chain reaction chip (PCR chip).By using finite element software, ANSYS ,evaluating temperature distribution in the sample of the chip. First, evaluate the best dimension arrangement of heat resistance; and then analyze the uniform temperature efficiency of the material of component . Finally
,use the method of optimal design to find out the best uniform temperature efficiency design under the reasonable ranges of design variables.
The research results demonstrate that the best heat resistor dimension arrangement concerning uniform temperature efficiency could be achieved on the premise of sustaining the cross-section area of heat resistor and resistance value ,which mean to adjust the thickness of heat resistor and compensate the difference of resistance value properly by moderating the length of heat resistor .Besides ,when the surface area is large ,the uniform temperature efficiency is better ,In addition ,in terms of material combination , using PMMA as material of cover plate and substrate can prevent thermal energy to be lost , hence the uniform temperature efficiency of set 1 of type could achieve 84.1% ,Furthermore , the best dimension of sample could be obtained by processing the optimal analysis of sample under the limited condition ,length is 3054μm ,width is 2502μm , height is 119μm ,the uniform temperature efficiency is 96% .
目 錄
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
誌謝Ⅲ
目錄Ⅳ
表目錄Ⅷ
圖目錄Ⅹ
符號說明ⅩV
第一章 緒論1
1-1前言1
1-2 研究動機與目的1
1-3文獻回顧2
1-4研究方法3
1-5章節提要4
第二章 理論基礎6
2-1 研究主題6
2-2生物晶片簡介6
2-3 聚合酶連鎖反應之原理8
2-4微晶片聚合酶連鎖反應器之製程9
2-5微晶片聚合酶連鎖反應器之種類與特色9
2-6分析模型中各元件簡介11
2-7電熱理論12
2-7-1電-熱轉換12
2-7-2電阻計算14
2-7-3 熱傳導理論14
2-7-4 熱對流理論15
2-7-5 熱能平衡理論15
2-8最佳化分析理論16
2-8-1最佳化原理17
2-8-2次維近似法20
2-8-3收斂要求23
第三章 模型建立與評估29
3-1模型建立29
3-1-1 微晶片聚合酶連鎖反應器之結構29
3-1-2基本假設條件30
3-1-3邊界條件與負載30
3-2 ANSYS有限元素分析軟體31
3-3分析過程33
3-3-1樣本均溫性判斷34
3-3-2輸入電壓大小的取決34
3-3-3模擬分析驗證35
3-3-4原始模型分析結果36
第四章 熱電阻尺寸最佳化51
4-1熱電阻分析51
4-1-1電阻值之計算51
4-1-2不同型式的設定52
4-2分析結果之比較與評估53
第五章 各元件材料變化之評估78
5-1不同材料形式的設定78
5-2分析結果之比較與評估78
5-2-1上蓋板材料對均溫效率的影響79
5-2-2基材材料對均溫效率的影響79
5-2-3絕緣層材料對均溫效率的影響80
5-2-4熱電阻材料對均溫效率的影響80
5-2-5分析結果討論81
5-3絕緣層厚度對均溫效率之影響83
第六章 樣本尺寸最佳化分析107
6-1最佳化分析108
6-1-1設計變數的設定108
6-1-2狀態變數的設定111
6-1-3目標函數的設定111
6-2分析結果之評估與比較112
第七章 結論122
7-1結論122
7-2未來研究方向124
參考文獻125
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