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研究生： 曾詩閔
論文名稱： 數位微液珠操控平台設計、控制與實作
Design, control and implement of digital-micro-droplet control platform
指導教授： 陳榮順
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 47
中文關鍵詞： 介電濕潤
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    • 本研究針對兩種介電濕潤的微液珠操控平台，模擬控制法則之可行性，並且以簡單製程將此平台製作出來。
    本研究主要是利用介電濕潤現象驅動微液珠，設計兩種架構之微液珠操控平台，並且以不同控制法則作控制，透過軟體撰寫控制碼，經過解碼後，以數位控制埠控制電極上的電濕潤效果達到微液珠的驅動。在本研究中，成功的設計出離散式共平面電極的控制系統，以此系統達到微液珠的驅動及混合功能。於本研究中並提出新穎之條狀交錯式電極，且以LED燈陣列模擬其控制之可行性。在此研究中，使用到了FH6400及AZ4620光阻當作介電層材料，並且繪出此兩種材料之介電濕潤特性曲線圖。
    本研究完成了微液珠之操控系統，以實驗證實其具有驅動及混合液珠之功用，未來將可應用於生醫檢測方面，當作生醫檢體之微液珠混合平台。

    目錄 第一章 緒論…………………………... 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 3 1.2.1 熱能驅動法 3 1.2.2 光能驅動法 3 1.2.3 分子自組裝 5 1.2.4 表面結構驅動法 6 1.2.5 電能驅動法 6 1.3 本文大綱 9 第二章 電濕潤理論分析……………... 10 2.1 介電層上電濕潤理論 10 第三章 數位液珠平台之電極設計與製程 14 3.1 一維電極設計 14 3.2 二維電極設計 15 3.3 控制平台電極製程 16 3.4 疏水層特性測試 18 3.5 EWOD特性測試 21 3.6 製程完成之元件 24 3.7 電極之切割與打線 26 第四章 實驗架構與控制……………... 27 4.1 實驗準備與架構 27 4.2 驅動電路 27 4.3 控制器 28 4.4 控制法則一之控制模擬 31 4.4.1 離散式共平面電極陣列之液珠輸送模擬與實際控制 32 4.5 控制法則二模擬 37 4.6 控制法則之比較 40 第五章 結論與未來工作……………... 42 5.1 結論 42 5.2 未來工作 42 參考文獻………………………………. 44 圖目錄 圖1.1 微全分析系統架構圖[1] 2 圖1.2 (a)電濕潤及(b)光電濕潤機制[4] 4 圖1.3 以VUV光照射自組裝薄膜形成親、疏水梯度表面[5] 5 圖1.4 以分子自組裝薄膜之親、疏水性驅動液珠[5] 5 圖1.5 以奈微結構分佈梯度驅動液珠[6] 6 圖1.6 介電層上電濕潤現象[7] 8 圖1.7 共平面式EWOD架構圖 8 圖1.8 雙層式EWOD架構圖 9 圖2.1固-液、固-氣及液-氣三種介面表面張力 10 圖2.2 (a)未施加電壓(b)施加電壓後 12 圖2.3 封閉式EWOD系統 13 圖3.1 方形電極 14 圖3.2 液珠陷於二電極中間，無法移動至下一電極之示意圖 15 圖3.3 指叉式電極 15 圖3.4二維電極陣列-離散式共平面電極圖樣 16 圖3.5 二維電極陣列-條狀交錯式電極圖樣 16 圖3.6 矽基底電極平台製程圖 18 圖3.7玻璃基底電極平台製程圖 18 圖3.8 實驗室架設之接觸角量測儀 19 圖3.9台大楊鏡堂教授實驗室之接觸角量測儀 20 圖3.10 於實驗室內拍攝、分析之液珠接觸角 20 圖3.11 以OCA20接觸角量測儀量測接觸角 21 圖3.12 以FH6400為介電層，施加電壓由0 V至90 V之EWOD特性量測 22 圖3.13以FH6400光阻為介電層之EWOD特性曲線 22 圖3.14以AZ4620光阻為介電層，施加電壓由0 V至180 V之EWOD特性量測 23 圖3.15以AZ4620光阻為介電層之EWOD特性曲線 24 圖3.16 一維方形電極陣列 25 圖3.17二維方形電極陣列 25 圖3.18二維指叉式電極陣列 25 圖3.19切割後之二維電極陣列 26 圖3.20將電極晶片打線於印刷電路板上 26 圖4.1系統架構示意圖 27 圖4.2 EWOD實驗架構 28 圖4.3 NI-DAQ(PCI-6070E)資料擷取卡 29 圖4.4 繼電器腳位圖 30 圖4.5 一維電極控制模擬架構 31 圖4.6 控制法則一之人機操控介面 32 圖4.7控制法則一之程式介面 33 圖4.8 一維電極陣列及其對應數位輸出埠 33 圖4.9 一維電極陣列之LED燈控制模擬 33 圖4.10一維電極陣列之液珠控制，電極尺寸為1.4 mm 34 圖4.11一維方形電極陣列之液珠控制，電極尺寸為2 mm 34 圖4.12 兩列之二維電極陣列 35 圖4.13二維方形電極之單顆液珠驅動測試，電極尺寸2 mm 35 圖4.14二維方形電極之雙顆液珠混合驅動測試，電極尺寸2 mm 35 圖4.15二維方形電極之三顆液珠混合驅動測試，電極尺寸3 mm 36 圖4.16 二維LED燈陣列 38 圖4.17 二維電極控制模擬架構 38 圖4.18 控制法則二之人機介面 39 圖4.19控制法則二之程式介面 39 圖4.20條狀交錯式電極之LED燈控制模擬 40 表目錄 表3.1指叉式電極尺寸 15 表4.1 電極尺寸與驅動電壓關係 37 表4.2 控制法則比較 41

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