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研究生: 吳東益
Dong-Yi Wu
論文名稱: 介電泳細胞操控及影像感測陣列之CMOS晶片
A CMOS Chip for DEP Cell Manipulation with Image Detection Array
指導教授: 盧向成
Shiang-Cheng Lu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 奈米工程與微系統研究所
Institute of NanoEngineering and MicroSystems
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 51
中文關鍵詞: 微機電系統介電泳生醫晶片CMOS 影像感測陣列CFD-RC軟體H-spice軟體
外文關鍵詞: MEMS, DEP, bio-chip, CIS array, CFD-RC software, Hspice software
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  • 隨著科技的發展趨勢與知識的演進,許多領域的研究都逐漸對微小尺度下的現象而至應用產生興趣,應用在醫療檢測、軍事航太、光纖通訊、生物醫學、汽車電子以至於工業用與消費用之各式檢測、控制器等等,而在生醫範疇的研究上尤其甚多,像是光學鑷子、微鑷夾等等,均為生物醫學上作為操控微小細胞個體的良好技術。
    由於目前操控的尺度已經趨近於 μm,甚至達到 nm的尺度大小,所以急需找到ㄧ適用於目前尺度的方法技術,因此許多新穎的技術因應而生,以目前積極發展基因工程及單一細胞、蛋白質等相關研究的狀況下,微機電系統(MEMS)以其快速的成熟發展,與其尺寸相近於細胞分子的優勢之下,造就微機電系統(MEMS)成為在生醫科技方面的應用與發展上成為一個很好的研究方向,。本論文研究利用“介電泳"操控所設計的生醫晶片,可在微尺度下以非接觸力進行細胞操控,可避免操控過程中對細胞粒子產生傷害或黏滯在硬體上,並利用可調控高頻交流驅動電壓,約略幾伏特就能操控!
    本論文利用介電泳理論以二維電場進行對細胞粒子的操控,並透過下方CMOS 影像感測陣列(CMOS Image Sensor, CIS) 進行影像的即時感測與監控,本文首先就過去相關的文獻進行探討,從中設計同時具有驅動與感測的介電泳晶片設計,並更進一步以介電泳理論及CFD-RC 軟體與H-spice電路模擬軟體之數值模擬進行分析與驗證,進而依理論分析結果提出一整合操控與感測之生醫晶片,最後進行細胞粒子實驗,驗證此生醫晶片之功能與可行性。


    致 謝 i 摘 要 ii Abstract iii 目 錄 iv 圖 目 錄 vi 表格目錄 viii 第一章 序論 1 1-1 背景與動機 1 1-2 文獻回顧 3 1-2-1 光學鑷子(optical tweezers) 3 1-2-2 微夾子(Micro-grippers) 4 1-2-3 流體動力(Hydrodynamics) 5 1-2-4 介電泳 (dielectrophoresis) 5 第二章 介電泳粒子操控 9 2-1 理論分析與設計概念 9 2-2 模擬與分析 14 第三章 CMOS影像感測電路 22 3-1 影像感測器分析與研究 22 3-1-1 影像感測器 22 3-1-2 光二極體 23 3-2 感測電路設計與模擬 25 3-2-1 主動式CMOS影像感測器 25 3-2-2 相關雙重取樣電路(Correlated Double Sampling, CDS) 26 3-2-3 感測電路設計與模擬 28 第四章 電泳晶片之製程步驟 33 4-1 製程步驟 33 第五章 DEP-chip 與實驗結果 36 5-1 DEP-chip1實驗架設與結果 36 5-2 DEP-chip2實驗架設與結果 42 5-3 生醫晶片應用-生物免疫實驗 47 第六章 結論與未來工作 48 參考文獻 49

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