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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡昌峰
研究生(外文):Chang-Feng Tsai
論文名稱:利用MEMS微針陣列設計與製作經皮生物傳感器
論文名稱(外文):Design and Fabrication of MEMS micro-needle array as a Transdermal Sensor by MEMS Processes
指導教授:呂志誠
指導教授(外文):Chih-Cheng Lu
口試委員:蔡承恩黃榮堂
口試委員(外文):Cheng-En TsaiJung-Tang Huang
口試日期:2012-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:MEMS 透皮吸收傳感器葡萄糖量測微針陣列
外文關鍵詞:MEMSTransdermal sensorglucosemicro-needles
相關次數:
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本研究主要研究一種利用經皮探針陣列,建立起一奈微生醫感測器平台,透過角質層下組織液的成分量測,進行例如血糖值、體溫、GOD、GDP等監測,本研究成功製備出直徑小於150μm微探針,高度約在350~500μm之間,微針頭陣列主要是以PCB版為基板,利用黃光微影製程於晶圓表面定義光阻圖形後,利用電鑄方是製造出鎳針後,在鎳針表面利用化學度的方式將表面完全包覆金,使鎳針具備高度生物相容性,利用MEMS製程設計出可監測人體間值液(ISF)之經皮感測生物感測器,人體間值液(ISF)可以提供各項人體狀況已供後端如醫生等做監測,此研究觀念過於廣泛,因此縮小研究目標,首先利用監測血糖濃度變化值,證明系統可行性,利用 PCB板組裝黃光微影製程設計與製造出之微針,輔以伏安循環法(Cyclic Voltammetry)檢測出感測前後間值液中血糖值改變量,將量測變化之訊號值與後端電路連接後,進行更進一步的判別與辨識。
血糖值監測系統還存在許多缺點極需改善,包括準確度、連續監測、侵入式監測、使用採血針帶來的痛感造成使用者恐懼與排斥的心理等,市面上常見針頭一般為#22或#25,外徑分別為0.71mm與0.51mm,當進行採血將針頭刺入人體表皮層時,會給使用者帶來痛感,研究顯示注射所引致的皮膚痛感,會隨著注射針頭直徑的縮小而大幅降低,最後猶如蚊蟲叮咬之微弱痛感而已。此外將葡萄糖氧化酶(GOD)等監測藥物塗佈於微針尖表面,利用組織液進行各類如血糖值的感測。


In this study, an MEMS was designed for human body to measure the blood glucose level in the interstitial fluid (ISF) by electrochemical sensing along with PCB board assembled by photolithography process. The micro-needle was fabricated and coated with Au and the surface coating was verified by Scanning Electron Microscopy. The enzyme immobilized Au-Microneedle was tested by Cyclic Voltammetry with and without glucose solution, The electrochemically sensed glucose level data is then transferred through back-end circuit connection and wirelessly for further action.
So far, there are still many shortcomings in dire need of improvement in the value of blood glucose monitoring system. Use the lancets got blood will bring the pain、fear and exclusion for the patient. general common market needle is no.22 or no.25. the needle outer diameter is 0.71mm and 0.51mm. respectively, when the patient use lancets penetrate the human epidermis will force the patient pain and fear. studies have shown that injection of the skin caused by pain, as the needle diameterreduced substantially reduced, and finally weak pain as if the mosquito bites.


摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 生物感測器(Bio-Sensor) 2
1.2.1 生物感測器(Bio-Sensor) 之技術發展沿革 2
1.3 研究目的 3
第二章文獻探討 5
2.1 微感測器 5
2.1.1 居家微感測器 5
2.2 微針感測器 6
第三章 設計製作MEMS微針陣列葡萄醣傳感器 16
3.1微影製程(Photolithography) 17
3.1.1 清洗(Wafer cleaner) 17
3.1.2 光阻旋塗(Spin coating, PR) 18
3.1.3 光阻(Photoresisit) 18
3.1.4 軟烤(Soft Bake) 20
3.1.5 曝光 (Exprosure) 21
3.1.6顯影 (Development) 22
3.1.6硬烤 (Hard Bake) 23
3.2 電鑄(Electroforming) 23
3.2.1 電鑄的極化與過電壓 26
3.2.2鍍鎳沿革 27
3.2.3 電鍍液的組成 28
3.3微探針設計與製作流程 30
3.3.1微探針的設計 31
3.3.2微探針的製作 35
3.3.3 黃光微影製程製作鎳針模穴 35
3.3.4 電鑄鎳針 38
3.3.5 鎳探針鍍金及消毒程序 39
3.3.6 微探針檢驗 41
3.3.8 探針組裝流程示意圖 42
3.3.9 探針穿刺測試 48
3.4 微探針製作結果與討論 49
3.4.1 微探針製作流程之改良 49
3.4.2 PCB基板與微探針 設計與比較 55
第四章 其他實驗結果與討論 58
4.1 葡萄糖氧化酵素附著於微探針測試 58
4.2 循環伏安法(Cyclic Voltammetry) 66
4.2.1循環伏安法概念 67
4.2.2基本原理 67
4.2.3循環伏安法的應用 67
4.2.4循環伏安法的用途 68
4.3 微探針穿刺測試 69
4.3.1 微探針穿刺果凍測試 70
4.3.1 微探針穿刺雞肉測試 72
第五章 結論與未來展望 74
5.1 結論 74
5.1.1 微針部分 74
5.1.2 葡萄糖濃度感測 75
5.2 未來展望 75
參考文獻 77


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