學位論文

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Subject: search.filters.subject.Microfluidic devices

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    利用微流體晶片捕捉微顆粒機制於生醫應用之探討
    (2014) 黃啟航; Chi-Huang Huang
    在環境監測以及重點照護的關鍵技術會包含生物樣本的培養以及測試。然而，傳統技術需要大型設備來完成，難以達到廣泛且靈活的運用。過去十年中，生物晶片結合電子、機械和生物等技術，可於不同環境條件下執行生物樣本的快速分析，諸多科學的發展促使生物晶片愈趨成熟。鑑於此，本研究會使用模擬設計的方法進行，並分析壓力場、速度場和相關流體行為之變化，藉以提出可能影響捕捉效率的原因。同時，將採用光微影技術製作該設計的結構，以液珠和高分子球進行微顆粒測試之機制分析，再利用癌症循環腫瘤細胞進行粒子測試實驗。在本研究結果認為會影響微流體晶片中，該捕捉效率原因會為微流阻影響移動路徑和負壓區域造成堆積現象。 實驗結果顯示在設計之U型結構對於在50 mm以下之微粒子，其捕捉效果不佳，微粒子會被高速流體導引向通過流。同時，實驗中發現在負壓區尺寸過大時，會使單一捕捉結構易捕捉到一顆以上微粒子，造成堆積效應。因此，本研究提出新型三角設計，使整體流場均勻化，微粒子可有效的填滿結構，且三角結構可以有效的降低負壓區，達到單一結構捕捉單一粒子的目的。本實驗分別以液珠(100± 15 mm)以及高分子微球(25 ±5 mm)進行測試，其結果顯示設計之三角和U型結構捕捉液珠效率較為相近，該捕捉率皆達95%。此外，在捕捉高分子微球之效率，則分別為9 %(U型結構)以及42.9 %(三角結構)。
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    設計與製作微流體螺旋結構元件應用於細胞顆粒捕捉之研究
    (2017) 潘昱辰; Pan, Yu-Chen
    本研究主要設計與製作微流體螺旋結構元件(Microfluidic spiral structure device)於細胞顆粒(Cell particles)行為之探討，以有限元素法(Finite element method, FEM)分析不同設計的微流體幾何結構元件，包括分散(Separation)、聚集(Aggregation)與渦流溢放(Vortex shedding)流場行為及特性。本研究於微流體元件結構分析重點分為三部份：在第一部份單螺旋式微流體結構中，該微流道設計寬度300 μm、環(Loop)間距450 μm與深寬比(h/w) 0.167條件下，產生迪安流(Dean flow)之擺甩運動，並進行相異尺寸細胞顆粒相對位置之研究，其顆粒分散的位置距離微流道內壁面(Inner)分別為55 ± 25 μm (粒徑: 18 μm) 及155 ± 55 μm (粒徑: 5 μm)。第二部份為非對稱式三道分叉流道，為導引分離後不同大小之細胞顆粒至指定微流道元件中，該設計顯示在設計寬度分別為95 μm及120 μm下，針對大/小細胞顆粒導引效率分別為90±1.84%及93±0.79%，以達到分離後即時篩選之效果。第三部份為設計I型柱狀、圓形柱狀以及混合柱狀之微流體結構，為了降低細胞顆粒在微流體系統中之流速，以增加碰撞柱狀結構的機率及聚集調控，達到即時偵測和原位捕捉的能力。本實驗結果顯示以相同流速 1.83 × 10-5 m/s下，細胞顆粒環繞在混合柱狀微流體結構旁之時間達19 sec，相較於I型柱狀與圓形柱狀結構其停留時間提升44%。進一步，本實驗亦以軟微影技術(Soft lithography)製作微流體元件，並投入聚甲基丙烯酸甲酯(Poly methyl methacrylate, PMMA)之微米尺度顆粒，結果顯示實際與模擬顆粒數據於分散效果可達到82%，其聚集效果與模擬數據提升20%。本研究證實了單螺旋式及柱狀結構設計，會有助於提升不同大小之細胞顆粒分散與聚集效果，亦能應用於生物晶片細胞捕抓設計，將能在生醫微流體檢測研究給予重要參考。