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研究生： 張宗隆
Tsung-Lung Chang
論文名稱： 微陣列式生醫檢體填充晶片之研製
The Design and Fabrication of Micro Filling chip For Bio-reagent array application
指導教授： 錢景常
C. C. Chieng
曾繁根
Fan-Gang Tseng
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： 2001
畢業學年度： 89
語文別： 中文
論文頁數： 51頁
中文關鍵詞： 微陣列晶片 、生醫檢體填充晶片 、三維微流道
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    • 本研究主要是設計出蛋白質微陣列晶片中其中的一生醫檢體填充晶片，本蛋白質微陣列晶片包含三部分，分別為生醫檢體填充晶片，微壓印晶片及生醫檢體檢測晶片。此生醫檢體填充晶片是作為與微壓印系統的一連結之介面。此介面的目的是為了將生醫檢體輸送至微壓印晶片上之微小口徑管道上。透過本裝置可以很方便的以肉眼徒手方式將檢體送入至微壓印晶片上。此填充晶片的流道不僅可用來傳輸檢體，並且也是檢體的一個預先儲存裝置。因此，此操作介面的設計觀念所要考慮的便是如何將釐米的尺寸與微米的尺寸相結合在一起。
    蛋白質檢體填充的輸送是利用毛細作用將檢體自動充填至儲存槽，此一方式的優點是不需要用到任何的制動器來推動檢體，因而省下不少的裝備費用，達到便利的性質。為了將釐米尺寸與微米尺寸結合在一起，流道設計將朝向3維立體結構進行，由大孔徑的管道藉著流道的佈置與小孔徑的管道銜接，完成此元件。

    設計上的同時，為了配合微壓印晶片上的陣列，因而作成陣列方式與壓印晶片相互對應。設計規格是希望在2㎝×2㎝的面積下完成陣列。製程上使用的方式是用微機電技術來做出陣列且達到微米的微流道。此3維微流道是本蛋白質微陣列晶片的第一構件。它是被用來輸送生醫檢體的一媒介，每個流道各自獨立，並不會互相影響，在同時處裡大量檢測體時，就不用擔心是否會有相互污染的問題。也因如此，檢測的時間可大大的縮短，並平行檢測出大量的結果。

    摘要………………………………………………………………………I 目錄……………………………………………………………………III 圖目錄………………………………………………………………… IV 表目錄………………………………………………………………… VI 第一章 緒論……………………………………………………… 1 1-1 研究動機與目的……………………………………………1 1-2 文獻回顧……………………………………………………4 1-3 研究過程規劃………………………………………………5 第二章 應用原理的分析………………………………………… 7 2-1 毛細作用……………………………………………………7 2-2 親水性與非親水性區分………………………………… 8 第三章 製程的設計與選擇…………………………………… 10 3-1 製程設計………………………………………………… 10 3-2 製程規劃………………………………………………… 12 3-2-1 玻璃流道的製作………………………………………… 15 3-2-2 矽晶片上的流道製作…………………………………… 17 3-3 SU-8光阻的材料特性與製程條件…………………… 25 3-3-1 SU-8光阻的材料特性…………………………………… 25 3-3-2 SU-8光阻的製程條件…………………………………… 26 3-4 SU-8表面的親水處裡…………………………………… 30 3-5 薄膜的用途與製造……………………………………… 31 第四章 實驗結果與討論……………………………………… 33 4-1 玻璃的蝕刻問題………………………………………… 33 4-2 矽晶片的蝕刻問題……………………………………… 38 4-3 SU-8材料在本製程上製作問題………………………… 39 4-4 表面處理前、後之討論………………………………… 44 4-5 SU-8與SU-8接和的方式………………………………… 46 4-6 矽膠膜的問題…………………………………………… 47 第五章 結論…………………………………………………… 49 5-1 問題與未來研究方向…………………………………… 49 5-2 結語……………………………………………………… 50 參考文獻………………………………………………………………51 圖目錄 圖1-1(a) 生醫晶片完整構件圖…………………………………………1 圖1-1(b) 生醫晶片運作流程圖…………………………………………3 圖2-1毛細作用示意圖………………………………………………… 8 圖2-2接觸角示意圖…………………………………………………… 9 圖3-1(a)生醫檢體填充晶片之立體示意圖………………… ……… 10 圖3-1(b)生醫檢體填充晶片之分解示意圖……..……………………11 圖3-2(a) 玻璃製程……………………………………………… 13 圖3-2(b) 矽晶片製程………………………………………………… 14 圖3-2-2(a) 陽極結合示意圖………………………………………… 19 圖3-2-2(b) 玻璃內部離子移動與反應……………………………… 19 圖3-2-2(c) 製程之步驟……………………………………………… 21 圖3-2-2(d) 壓模裝置台……………………………………………… 23 圖3-3-1不同厚度之SU-8光阻對UV的吸收光譜…………………… 26 圖3-3-2曝後烤的機制………………………….…………………… 29 圖4-1(a) 鎳片脫落…………………………………………………… 34 圖4-1(b) 蝕刻前、後側壁蝕刻……………………………………… 37 圖4-1(c) 蝕刻後所產生的Pinholes………………………………… 37 圖4-2 RIE對矽與鋁的蝕刻率………………………………………… 38 圖4-3(a)(b) 改良前後之第二層光罩……………………………… 41 圖4-3(c) 第二層流道與第三層小口徑……………………………… 43 圖4-3(d) 第一層大口徑管道剖面圖………………………………… 43 圖4-4 親水處理前、後之接觸角…………………………………… 45 圖4-5(a) UV膠阻塞流道之情形……………………………………… 46 圖4-6(a)(b) 矽膠薄膜…………………………………………………47 表目錄 表一Bolofloat玻璃的蝕刻率……………….……………………… 36 表二處理前後SU-8之接觸角………….…………………………… 44

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