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研究生:林建宏
研究生(外文):Chien-Hung Lin
論文名稱:微粒子操控技術之開發及特性研究
論文名稱(外文):The Study and Development of Particle Manipulating Technique
指導教授:沈弘俊沈弘俊引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:應用力學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:粒子操控微機電製程介電泳
外文關鍵詞:MEMSParticle Manipulating Techniquedielectrophre
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本研究利用微機電製程方式成本s作出微粒子操控晶片,整個流程僅需要兩道光罩(微電極陣列晶片與微流道母模各一道光罩)即可完成晶片製作。本粒子操控術操控機制是利用介電泳原理,當一顆電中性微粒處於非均勻電場中,會因電場作用而產生偏極化現象,再由此偏極化現象產生一誘導偶極矩,此偶極矩與電場作用產生介電泳力,粒子則因介電泳力的不同而移動到空間中不同位置。研究中晶片設計首創「完全零焊點」與「隨插即用」的設計方式,利於後續研究時快速、簡便之特性。在基本特性試驗方面,本實驗採用粒徑10μm的polymer粒子,在溶液導電度為0.02mS/㎝的條件下進行操控,實驗顯示在操控頻率為50KHz~100 KHz時粒子移動速度最快,此外,粒子移動速度與電壓二次方成正比,粒子速度亦與同相位電極間距成反比,可與理論互相驗證。在弁銃}發方面,吾人設計之放射狀電極可以將粒子集中定位在圓中心點,而首創之方陣狀電極設計則能使粒子做旋轉運動,此弁鄍i增加流場中的擾動,提高粒子或流體混合的機率。
目錄 I
表目錄 IV
圖目錄 V
符號說明 VII

第一章 緒論 1
1.1背景與研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 電場機制為主的粒子操控方法 2
1.2.2 國內外介電泳之應用 3
1.3 研究目的 5
第二章 粒子操控原理 6
2.1 微機電系統 6
2.2 生醫晶片 7
2.3 介電泳的發展 7
2.4介電泳理論 10
2.4.1 何謂介電泳 10
2.4.3 介電泳數學模式 12
2.4.4 傳統介電泳數學模式 12
2.4.5 旅波式介電泳數學模式 13
2.5 其他影響力之探討 14
2.5.1 布朗運動 14
2.5.2 電泳力 15
第三章 實驗設備與方法 16
3.1 研究方法 16
3.2 粒子操控晶片設計 16
3.2.1 電極材料選擇 16
3.2.2 電極晶片基板選擇 17
3.2.3 電極晶片設計 17
3.2.4 光罩選擇與製作 18
3.2.5 金屬薄膜製程技術 19
3.3 微影技術 19
3.3.1 晶圓清潔(Clean) 19
3.3.2 光阻塗佈(Coating) 20
3.3.3 軟烤(Soft bake) 20
3.3.4 曝光(Exposure) 20
3.3.5 顯影(Development) 21
3.3.6 硬烤(Hard bake) 21
3.4 微電極陣列晶片製作流程 21
3.4.1 基板清洗 22
3.4.2 電極蒸鍍 22
3.4.3 電極晶片微影與蝕刻製程 23
3.5 微流道之設計與製作 24
3.5.1 SU-8微流道母模製作 25
3.5.2 PDMS微流道製作 26
3.6 元件接合與外部連結方式 27
3.6.1 元件接合 27
3.6.2 外部連結方式 28
3.7 實驗設備與量測方式 29
3.8 實驗誤差分析 30
第四章 結果與討論 32
4.1 製程結果討論 32
4.1.1 電極晶片製作 32
4.1.2 微流道母模製作 32
4.2 電極氧化試驗 32
4.3 正負介電泳操控研究 33
4.3.1正介電泳操控 34
4.3.2負介電泳操控 34
4.4 旅波式介電泳操控特性研究 34
4.4.1 粒子直線移動操控 35
4.4.2 驅動頻率與粒子移動速度之關係 35
4.4.3 較佳粒徑間距比 36
4.4.4 驅動電壓與粒子移動速度之關係 37
4.5 粒子集中定位晶片之開發 37
4.6 粒子旋轉晶片之開發 38
第五章 結論及未來展望 40
5.1 結論 40
5.2 未來展望 43
參考文獻 44
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