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楊宗勳老師 近五年內主要研究成果說明 ◎ 微微全全分分析析系系統統((µTTAASS))–––生生物物微微機機電電 系系統統技技術術。 近幾年主要的研究方向乃是以光電工程結合微機電系統技術為基礎，發展生醫 用途之微全分析系統。目的是希望將一連串的生化分析實驗步驟，如混合、萃取、 合成、層析以及檢測等功能整合置於同一塊晶片上，自動化的循序實現整個操作流 程。結合跨領域之科學：微機電製程、電子學、生物學、光學，分析化學等，用以 達到檢測的整體微型化、快速化、自動化、及使用方便攜帶等目標 圖一、 微全分析系統相關技術發展關係圖。 圖二、 發展中之具光電檢測能力之整合型生物晶片架構圖。可將微流道中藉由多種 螢光標定的生化反應過程，透過螢光表達，再由微光學元件分析、收集訊 號，最後由光偵器接受，完成反應的即時監控功能。 因此，要達成圖二中的系統，在做法上是先以已有的技術能量為基礎，運用所 開發出來穩定的微流道製程、以及微光學元件的設計、製作能力，再加上電子訊號 的操控，將之整合建構而成一光電式檢測之生化檢測平台。目前所已完成各重要單 元，包括矽基材與玻璃基材上微流道的設計與製作(如圖三、四所示，並已獲得一項 專利) 、微光學元件的設計與製作，目前也已開始進行的微流道結構與微光學元件的 組裝工作，目前正進行組裝測試其效果。 圖三、 利用微機電系統技術製作微流通道之成果。分別為在玻璃基板上熱壓模成型 的結果。 圖四、 微通道玻璃晶片密閉鍵合製程。(a)利用矽晶片加工法蝕刻並以電鑄法翻模， 製成微通道之金屬模仁，再以熱壓模成型方式製成微通道玻璃基板。(b) 在另一玻璃基板上旋佈二層光阻並加以軟烤，一作為犧牲層一則為結構 層。(c)將(a)與(b)二塊材料對接。(d)光罩曝光，定義出入孔位置。(e) 去除犧牲光層，並藉以脫除上層輔助玻璃基板。(e)顯影結構層光阻。(f) 得致密閉性微通道玻璃晶片。(g)晶片立體圖。 圖五、 微流道中激發螢光的能量分佈模擬。(a)螢光自微流道輻射至偵測器上的立 體圖；(b)利用內全反射式Bessel beam激發光所產生的evanescent wave； (c)則為Gaussian beam激發光所產生的evanescent wave；(d)則為螢光輻 射經由微流體中分子散射後，最後離開微流時後的空間角度分佈狀況；(e) 加上優化設計之微透鏡，使得螢光能有最佳準直(collimating)的效果。 除此之外，我們也針對螢光偵測的方式，進行其光偵測效率的瞭解，期望能有 最佳優化的方式，調整出來。如圖五所示，已建立對於不同的螢光激發光模擬，以 找出不同微流道幾何結構下，螢光的激發利用效率。其中已能透過光學模擬軟體， 考慮螢光輻射過程的種種步驟，如螢光轉換機制、螢光散射等，首先建立出完整的 螢光光源之光學模型，將有助於相關的微光學系統的設計與效率提昇。此結果已於 12月之2004台灣光電科技研討會中發表，並正在撰寫論文投稿至國外期刊發表。 圖六、 (a)為微透鏡的製作成品；(b)則為微光柵元件的製作成品。 圖六中則顯示出所製作出來的微透鏡與微光柵等微光學元件成品，目前正在進 行微光學元件與石英基板微流道晶片的鍵合過程，將微光學元件與微流道晶片整合 成單一微型晶片，並再進行實際之光學偵測效果量測。 圖七、 ×N multiple channels EWOD chip. M× with each other at each pre-designated intersections. 此外在今年的計畫中，也正在進行微流體的驅動機制研究，利用的機制是介電 質電濕原理(Electrowetting on Dielectric，EWOD) 。由於微流道的管壁原為疏水 性(hydrophobic)，微流體不易向前移動(圖七-a)；但是在施加一電壓之後，可以局 部改變微流體表面成為親水性(hydrophilic)，使得液面向前濕潤，產生一前進的動 力(圖七-b)。如此適當地切換