臺灣博碩士論文加值系統

微機電系統在近年來蓬勃發展，其中的微流道就是本篇論文的主題，有時檢體在檢測前必須分段和酵素反應，所以在本篇論文將以這為目標致力於兩階段式反應且具備主動電驅動功能的微流道研究與製作，從前人的實驗經驗和文獻可得知流體在微流道中流動的機制，被動方式如虹吸原理，主動方式有電滲流或電濕潤等，本實驗將結合被動與主動的流動方式製作出適合的結構，滴入液體到微流道入口後以虹吸原理被吸入至微流道之第一區域而與第一階段的酵素反應，並被阻擋層阻擋，而於酵素與檢體充分反應後，施加電壓於一控制電極以驅動液體流入第二區域而與第二階段的酵素反應，再進行光學檢測，可預期地，將這兩階段式酵素反應之電驅動微流道應用在不同檢體之生理檢測。

Micro Electro Mechanical System, MEMS, is growing in recent years. The present study is focus on micro channel. We work for producing an electric-driving micro channel with two-step enzymatic reaction. Some previous reports suggest active scheme or passive method, such as siphon theory, electro-osmotic of flow, and electro-wetting, etc. In the first stage, the sample liquid is dragged into first region of micro-channel owing to siphon theory, and then being stopped by the barrier layer. After sufficient first-step enzymatic reaction, we bias the control electrode to drive the sample liquid into second region for the second-step enzymatic reaction, and then perform optical examination. It is expected to provide the physiological test by using the electric-driving micro channel with two-step enzymatic reaction.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1微機電系統起源與簡介 1
1-2微機電系統在生技產業的應用 1
1-3微流體系統簡介 2
1-4研究動機 3
第二章 文獻回顧 4
2-1微流道製作方法 4
2-2表面張力 4
2-2-1表面張力驅動 5
2-3電雙層 6
2-4電濕潤 7
2-5介電式電濕潤 7
2-6電滲流 9
第三章 實驗架構 10
3-1實驗目標 10
3-2實驗設計 10
3-3實驗材料 12
3-3-1聚二甲基矽氧烷(PDMS) 12
3-3-2二氧化鈦(TiO2) 14
3-3-3鋁(Al) 15
3-3-4氮化矽(Si3N4) 15
3-3-5二氧化矽(SiO2) 15
3-3-6檢體與酵素 17
3-4實驗設備 19
3-4-1光罩對準曝光機 19
3-4-2平面加熱器 19
3-4-3旋轉塗佈機 19
3-4-4真空鍋 20
3-4-5多靶磁控濺鍍機 20
3-4-6反應式離子蝕刻機 20
3-4-7快速退火爐 21
3-4-8加熱系統 21
3-4-9側拍系統 21
3-4-10六位半多功能電表 22
3-4-11恆溫恆濕箱 22
3-4-12微量分注器(Pipette) 22
3-5微流道製作流程 23
3-5-1上層 24
3-5-1-1製作母模 25
3-5-1-2 PDMS成形翻模 29
3-5-1-3放置酵素 30
3-5-2下層 31
3-5-2-1製作電極 31
3-5-2-2製作次親水層 34
3-5-3上下層結合 37
3-6光學檢測流程 38
3-6-1光學檢測平台 39
3-6-1-1光感測元件 40
3-6-2頻率轉電壓電路 41
第四章 結果與討論 42
4-1二氧化鈦各種親水處理後結果比較 42
4-2微流道高度與親水退化對流體充滿流道時間的影響 43
4-3親水效果失效 45
4-4各種流體於微流道的流動情況 46
4-4-1各種流體於普通型電極的微流道的流動結果討論 46
4-4-2各種流體於簡易型電極的微流道的流動結果討論 47
4-5葡萄糖檢體於微流道的呈色情況 48
4-6灰階色卡的光學檢測結果 49
4-7葡萄糖檢體於微流道的光學檢測結果 50
第五章 結論 51
第六章 參考資料 52

[1]藤田博之 著，溫榮弘 編譯，「微機電系統技術入門」，全華科技圖書股份有限公司，2004
[2] 張志誠，「微機電技術」，商周出版，2002
[3]宋旺洲，「研發以高分子材料為基礎之實驗晶片系統與生醫分析上的應用」，國立成功大學化學系，2003
[4]陳明宏，礨繁根「數位化微流體操縱技術」，《科學發展》2006年9月，405期，50 ~ 53頁
[5]J.C.T.Eijkel and Albert van den Berg,”Young 4ever-the use of capillarity
for passive flow handling in lab on a chip devices”,Lab Chip 2006,Vol.6,pp.1405-1408
[6]崔家軒，「應用於酵素生理檢測之親水微流道試片之製作研究」，明志科技大學電子系，2011
[7]張珮郁，「微流元件內表面張力驅動之流體流動現象的實驗探討」，國立成功大學航空太空工程學系，2003
[8]Salim Bouaidat, Ole Hansen, Henrik Bruus, Christian Berendsen, Niels Kristian Bau-Madsen, Peter Thomsen, Anders Wolff and Jacques Jonsmann,”Surface-directed capillary system; theory, experiments and applications ”Lab on a Chip, 2005, Vol.5,pp.827-836
[9]朱錦洲，「微液體混合器的研發（III）」，國立台灣大學應用力學研究所，2002
[10] http://web.nmsu.edu/~snsm/classes/chem435/Lab14/double_layer.html
[11] Junghoon Lee, Hyejin Moon, Jesse Fowler, Thomas Schoellhammer, Chang-Jin Kim,” Electrowetting and electrowetting-on-dielectric for microscale liquid handling ” Sensors and Actuator A 95 (2002) 259~268
[12] Frieder Mugele and Jean-Christophe Baret,” Electrowetting: from basics to applications” J. Phys.: Condens. Matter 17 (2005) R705–R774
[13] Fusayo Saeki, Jean Baum, Hyejin Moon, Jeong-Yeol Yoon, Chang-Jin “CJ” Kim2 and Robin L. Garrell,” Electrowetting on Dielectrics (EWOD):Reducing Voltage Requirements for Microfluidics ”
[14] Sung Kwon Cho, Hyejin Moon, and Chang-Jin Kim, Member,” Creating, Transporting, Cutting, and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits ” IEEE, Member, ASME, JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, VOL. 12, NO. 1, FEBRUARY 2003
[15] 徐玄修、林永昇、殷宏林、謝哲偉，「生醫微流體晶片之製程平台」，
儀器科技研究中心
[16] 黃明宏，「聚二甲基矽氧烷應用於可撓液晶顯示器的研究」，國立中
山大學光電工程學系，2009
[17] 呂宗昕、吳偉宏，「奈米科技與二氧化鈦光觸媒」，《科學發展》2004
年4月，376期，72～77頁
[18] 林祐竹，「透明自潔二氧化鈦/二氧化矽奈米粒子薄膜的表面濕潤永
續性研究」，國立成功大學化學工程學系，2009
[19] Nobuyuki Sakai, Akira Fujishima, Toshiya Watanabe, Kazuhito
Hashimoto,” Quantitative Evaluation of the Photoinduced Hydrophilic
Conversion Properties of TiO2”J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1028-1035
[20] Dimitra Vernardou, Giannis Kalogerakis, Emmanouil Stratakis, George
Kenanakis, Emmanouil Koudoumas, Nikos Katsarakis, ”Photoinduced hydrophilic and photocatalytic response of hydrothermally grown TiO2 nanostructured thin films ”Solid State Sciences 11 (2009) 1499–1502
[21] Jun-Bo Han, Xia Wang, Nian Wang, Zheng-He Wei, Guo-Ping Yu, Zheng-Guo Zhou, Qu-Quan Wang,” Effect of plasma treatment on hydrophilic properties of TiO2 thin films ” Surface & Coatings Technology 200 (2006) 4876 – 4878
[22] Simon M. Sze ” Physics of Semiconductor Devices” John Wiley and
Sons, Inc, New York, 1981