金屬光罩輔助CO2雷射加工微流體晶片於懸浮微粒分離之應用

  • 龍 慧圃

學生論文: Master's Thesis

摘要

本研究主要利用二氧化碳(CO2)雷射搭配金屬光罩輔助,對PMMA(Polymethylmethacrylate)高分子材料加工出螺旋形微流晶片,對含懸浮微粒流體達成粒子與溶劑分離的目的,搭配親水改質等後續處理,期望以省時低成本高精度的製程完成自驅動分離微流晶片。 微流體實驗晶片(Lab on a chip,LOC)主要應用在生醫檢測的簡化檢測步驟上,例如混合、分離都是常見的?能之一。本實驗設計螺旋形微流道晶片,搭配尾端結構,利用互補的流場設計,期望能完成不需外接其他儀器單靠幾何設計而達成微粒溶劑分離的目的。 而在晶片加工方式的選擇上,雷射比起傳統的光蝕刻加工技術雖然擁有省時及成本上的優勢,但在加工熱塑性高分子材料時常會產生諸多熱缺陷,這些缺陷往往會影響微流晶片的接合和流體流動,進而導致滲漏或是阻塞的情形發生。針對這些缺陷我們使用的金屬薄膜光罩來輔助雷射加工。實驗結果證明此法可以有效降低加工過程中熱影響的情形,減少熱缺陷發生的同時更提供精確的流道尺寸。輔助金屬光罩能將凸塊高度由傳統雷射加工的平均凸塊高度5 μm降至約1 5 μm,流道尺寸也能由230 μm控制於約120 μm。 在微流晶片流動過程中,驅動流體流動的動力設計也是一大課題。大部分的微流趨動皆須附加額外的動力來源,而為了符合微流晶片小體積便利性的優勢,本研究使用不需額外搭配動力源的毛細力,利用親水改質的方式,除了幫助晶片達成自驅動實驗流體的目的,也能提升非親水材質微流晶片的實驗品質,使微流晶片材料選擇可延伸至更多非親水基材上。我們使用結合氣相改質及化學濕式改質的方式,將斥水的PDMS表面控制在接觸角小於90度的親水狀態,同時也提供大於420小時、三周的親水性維持,大大延長親水改質面臨斥水恢復現象所需的時間,證實此複合改質的方式能以簡單而低成本的過程,達到長時效親水的改質目的。 整體而言,本文發展一種微流體的分離晶片,為一設計、製程、改質到最後的微粒分離的完整流程。製程在低成本及高便利性的前提下也保證了一定的晶片精度,而懸浮微粒的分離僅靠晶片形狀設計產生流場做驅動力,不需要外接其他動力源,在一定的流量範圍內也能達到99%的分離效率,在生醫微流分離晶片的領域中具有一定的發展性。
獎項日期2014 七月 30
原文Chinese
監督員Chen-Kuei Chung (Supervisor)

引用此文

金屬光罩輔助CO2雷射加工微流體晶片於懸浮微粒分離之應用
慧圃, 龍. (Author). 2014 七月 30

學生論文: Master's Thesis