臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要目的期望藉由將溶膠-凝膠法所製備之分子拓印高分
子以薄膜之形式覆膜於石英晶片上，並結合石英晶體微量天秤(QCM)
開發出可檢測未知濃度咖啡因溶液之非生物檢測系統，進而運用此系
統進行分析研究。
研究中主要利用無機的四乙氧基矽烷(TEOS)加入水、乙醇以及咖
啡因模版分子並於酸性環境下進行水解-縮合反應，而後加入乳酸均勻
混合，將所製得之溶膠以旋轉塗佈(spin-coating)的方式均勻覆膜於晶片
之金屬電極上作為辨識層，反應完畢後的晶片藉由甲醇萃取出咖啡因
模板分子，在辨識層上留下拓印位置，之後再藉由QCM 檢測不同濃
度之咖啡因溶液，求得檢量線，而後進行田口試驗，尋求影響咖啡因
鍵結量之參數，以及最佳配方。
研究過程中利用光學顯微鏡(Optical Microscope，簡稱OM) 對所
製備之分子拓印高分子膜層進行初步觀察，研判其成膜性之優劣；利
用QCM 觀察辨識材料與模版分子間之鍵結情況；且利用掃描式電子
顯微鏡(Scanning Electron Microscape，簡稱SEM)觀察膜層之表面微結
構。
研究結果得知，藉由添加乳酸有助於溶膠-凝膠法所製備之分子拓
印高分子薄膜均勻成膜於晶片金屬電極上；藉由檢測不同濃度之咖啡
因溶液，可得0 至100ppm 之咖啡因濃度檢量線，其斜率為2 的一條
直線，可用於檢測未知濃度之咖啡因溶液；由田口工程分析可得知在
不同藥品添加比例下，其所製備之分子拓印高分子晶片皆可應用QCM
進行檢測分析。整體實驗結果顯示，實驗中已將溶膠-凝膠法之製備技
術，結合QCM 檢測儀器，初步開發出可應用於檢測咖啡因溶液之非
生物檢測系統。

目錄…………………………………………………………….………..Ⅰ
表索引…………………………………………………...….…………...Ⅳ
圖索引…………………………………………………….…………......Ⅵ
第一章 緒論…………………………………………………………..…1
1-1 前言………………………………...………………………….…..2
1-2 感測器簡介.…………………………………………………….....3
1-2-1 辨識元件.…………………………………………...…….…3
1-2-1-1 辨識元件之種類...……………………………….....6
1-2-1-2 辨識元件之固定方式……………………………....6
1-2-2 各式換能器簡介……………………….……………………8
1-2-3 石英晶體微量天秤(quartz crystal microbalance，QCM)簡
介……………………………………………………………9
1-2-3-1 壓電效應與反壓電效應…………………….…….14
1-2-3-2 石英晶體之材料性質……………………….…….14
1-2-3-3 QCM之偵測原理…………………………………16
1-2-3-4 QCM之應用………………………………………17
1-3 分子拓印高分子(MIP)簡介……………………...……………..18
1-3-1 分子拓印高分子之製備方式……………………………...18
II
1-3-2 分子拓印高分子之應用…………………….…………….21
1-4 文獻回顧……………………………………………….………..22
1-5 研究動機與目的……………………………………….………..22
第二章 實驗……………………………………………………………24
2-1 實驗藥品………………………………………………………...25
2-2 實驗儀器……………………………………………...…………26
2-3 實驗架構…………..…………………………………………….27
2-4 實驗流程..……………………………………………………….28
2-4-1 石英晶片清洗……………………………………………...29
2-4-2 藥品配製……………………………………..…………….29
2-4-3 鍍膜……………………………………………..………….29
2-4-4 聚合反應…………………………………………..……….29
2-4-5 萃取模版分子………………………..…………………….29
2-4-6 檢測…………………………………………………..…….30
2-5 分子拓印高分子膜層物性測試…………………………….….31
2-5-1 膜層吸附反應測試…………………………………….….31
2-5-2 膜層表面現象觀察………………………………………...31
2-5-3 膜層表面微結構觀察……………………………………...31
第三章 結果與討論……………………………………………………32
III
3-1 探討添加物對成膜性的影響……….…………………………..33
3-1-1 添加溶劑對成膜性的影響……………………………..….33
3-1-2 添加有機分子對成膜性的影響…………………………...34
3-1-3 膜層之光學顯微鏡分析………...….…..…….………...….37
3-2 移除模版分子….…………………………………………..……39
3-2-1 以攪拌之萃取方式移除模版分子………………………….39
3-2-2 未攪拌之萃取方式移除模版分子方式……………….…....45
3-2-3 攪拌之下萃取後膜層之光學顯微鏡分析.........…………....50
3-2-4 攪拌之下萃取後膜層之SEM 分析…..…………………….50
3-2-5 未攪拌之下萃取後膜層之SEM 分析……………………....51
3-3 檢量測試………………………………………………………...56
3-3-1 濃度範圍為(0-16ppm)之檢量線……………………………56
3-3-2 濃度範圍為(0-100ppm)之檢量線…………………………..63
3-4 田口工程分析…………………………………………………...68
第四章 結論……………………………………………………………75
參考文獻..………………………………………………………………77
附錄 分子結構圖……………………………...………..……………...81
IV
表索引
1. Table.1-1 Examples of Transducers Employed in Imprinted Polymer-
Based Sensor………………………………………………4
2. Table.1-2 The kinds of recognition element.…………...….…………..7
3. Table.1-3 Types of transducer, their characteristics and application
………………………………………………………….….12
4. Table.3-1 The preparation conditions and appearance of MIP thin film
via sol-gel process .…..……...…………………………….36
5. Table.3-2 The frequence change of MIP chip during extraction with
stirring.……………………………………..………..……..42
6. Table.3-3 The percentage of weight lose of MIP during extraction during
extraction with stirring.…….....……………………43
7. Table.3-4 The frequence change of MIP chip during extraction without
stirring.…………..………………….…….…………….….47
8. Table.3-5 The percentage of weight lose of MIP during extraction
without stirring……………………………………….……48
9. Table.3-6 Preparation conditions of MIP chip via sol-gel process.
……………………………………………………….…….59
10. Table.3-7 The frequence of different process.…………...………….59
11. Table.3-8 Delta of different caffeine injection.………..…………….60
12. Table.3-9 The frequence of different process.…………..……..……65
13. Table.3-10 L9 experiment dispose of Quality Engineering.……..….70
14. Table.3-11 The composition of F series MIP chip..……....………...71
15. Table.3-12 The calculation of Quality Engineering of F series MIP
V
chip..………………………………………………....….72

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