即時多重乳化微系統之開發｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	林軒漢 Hsuan-Han Lin
論文名稱：	即時多重乳化微系統之開發 On-Demand Double Emulsification Utilizing Multilayer PDMS Microstructures
指導教授：	蘇育全 Yu-Chuan Su
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2008
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	89
中文關鍵詞：	微機電系統、微液滴、微閥門、多重乳化、即時控制
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本研究所使用的主動式多層矽膠微閥門結構，在氣體流道受壓的情況下矽膠薄膜會緊壓在液體流道上，能有效阻絕液體的流動，搭配多組閥門便可於流道□進行多重乳化與多步驟反應。在雙重乳化過程中，於固定驅動壓力下，可透過電腦自動協調與即時改變閥門系統的開關時間，精確控制所生成雙重乳化微囊胞之幾何結構。先利用前端閥門產生定量液滴，再控制後端閥門的開關時間，將液滴與部分中間相液體導入最外相中形成雙重乳化結構。在初步測試中以模具成形與電暈活化接合所製作的雛形可產生直徑130 μm至190 μm的油滴，並於其中包覆30 μm至90 μm直徑的水滴，透過製程參數的調整最高可達到40%的水滴體積包覆量。此外閥門阻絕液體流動的特性還可運用於液滴介面反應的控制，例如以雙重乳化製程，將海藻酸鈉與氯化鈣溶液分別配置在內、外水相中，在兩相接觸後可於流道內合成海藻酸鈣粒子，理論上搭配適量的閥門即可完成複雜多步驟的反應控制，例如PLL半透膜之製程。本研究所開發的乳化微系統可依需求即時產生特定結構的乳化微囊胞，並於陣列式晶片上對微囊胞進行導向與定位，可望應用在生醫樣本檢測與反應中，達到快速準確且節省材料的目標。

摘要    II
Abstract    III
誌謝    IV
目錄    V
圖目錄    VIII
表目錄    XI
第1章 緒論    1
1 背景    1
2 微流體晶片    2
2.1 微流體晶片的功能    2
2.2 微流體晶片的製程與材料性質    3
2.3 被動式與主動式微流體元件    4
3 研究動機與目的    5
4 研究目標    6
第2章 文獻回顧    8
1 液滴的產生    8
1.1 T-type junction    8
1.2 Microfluidic flow-focusing device (MFFD)    11
2 液滴的操控    12
2.1 被動式設計    12
2.1.1 液滴切割控制    13
2.1.2 液滴混合控制    13
2.1.3 液滴導向控制    15
2.1.4 液滴定位控制    16
2.1.5 親疏水性控制    19
2.2 主動式設計    20
2.2.1 熱控制    20
2.2.2 電控制    21
2.2.3 閥門控制    23
3 微液滴反應器的應用    24
第3章 系統設計與原理    26
1 實驗基本設定    26
1.1 閥門功能    26
1.2 閥門工作原理    29
1.3 粒子的性質    30
2 雙重乳化微囊胞    31
2.1 流體的親疏水性    31
2.2 雙重乳化微囊胞的控制    33
3 介面上的多步驟反應    34
3.1 合成海藻酸鈣粒子    35
3.2 被動式方法    36
3.3 主動式方法    37
4 液滴的定位與導向    38
4.1 被動式方法    39
4.2 主動式方法之定位區設計    41
4.3 閥門配置    42
第4章 系統製作與實驗設置    44
1 壓克力流道設計與製作    44
1.1 CNC加工製程    44
1.2 PDMS微鑄模製程(Micro-molding process)    45
2 微機電製程    47
2.1 光罩設計    47
2.2 物理氣相沉積製程    48
2.3 對準記號的形成    48
2.4 微流道結構母模製程    51
2.5 微閥門結構製程    56
3 實驗設置    61
第5章 實驗成果與討論    63
1 閥門基本功能    63
1.1 閥門緊密程度    63
1.2 液滴的產生過程    64
1.3 液滴與閥門的距離    66
2 雙重乳化微囊胞之形成    67
2.1 水-油-油(W/O/O)微囊胞    67
2.1.1 One Step 形成W/O/O微囊胞    68
2.1.2 Two Step形成W/O/O微囊胞    68
2.1.3 複合型液滴    73
2.2 水-油-水(W/O/W)微囊胞    74
2.2.1 One Step形成W/O/W微囊胞    75
2.2.2 Two Step形成W/O/W微囊胞    76
3 液滴介面上的多步驟反應    78
3.1 合成海藻酸鹽膠體    78
3.1.1 反應設定    78
3.1.2 海藻酸鈣固化過程    79
3.1.3 海藻酸鈣之形狀    81
4 液滴定位    82
4.1 被動式定位    82
4.1.1 表面張力驅動    82
4.1.2 表面張力與慣性力輔助    83
4.2 主動式陣列定位    83
第6章 未來工作    86
參考文獻    87

                                

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