建立阻抗量測共同培養系統應用於即時監測細胞之生長情形 海報
離心式恆溫控制生醫晶片製程技術開發與臨床生醫應用驗證 海報
非連續式微流道光濕潤液珠操控技術開發與生醫檢測應用研究 海報
軟硬骨多孔性組織支架雷射燒結快速成型技術開發與應用研究

 

微機電迷妳發電裝置設計開發  
UV光源可變焦微成型機  
直接式適應性切層快速原型技術開發及牙套製作應用評估  
浸漬覆膜法之覆膜速度對光觸媒親疏水性效果之影響  
手術器械覆膜奈米光觸媒之接觸角量測分析  
離心檢測設備於微流道系統之開發及應用評估  
浸漬式覆膜系統開發  
浸漬式覆膜法最佳覆膜參數對奈米二氧化鈦光觸媒親水特性之田口分析  
大自然奈米特性量測  

 

 
◎ 建立阻抗量測共同培養系統應用於即時監測細胞之生長情形
 

生物體中細胞間訊息傳遞對癌症病變發生與轉移是重要之研究課題。傳統對於細胞間訊息傳遞多採用共同培養技術,利用透孔(Transwell)薄膜使得上下層以液體流通方式造成細胞間相互影響,以模擬細胞間訊息傳遞之現象。然而,研究學者使用Transwell進行上下層細胞共同培養時,如採用電阻抗量測,僅能透過下層之電極量化細胞生長數量,但因上層並無電極,因此無法量化上層細胞生長數量,造成無法達到同步觀察兩種細胞互相影響生長之缺點。爰此,本研究為了突破上述缺失,開發製作一組細胞共同培養之生醫晶片,以傳統24孔盤為設計基礎,將細胞共同培養室設計中央屏障以區隔為兩個獨立細胞培養區;接著,以肝癌細胞株模仿人體內巨噬細胞,以實驗模擬人體細胞間訊息傳遞對肝癌細胞生長之影響。
 

 

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◎ 離心式恆溫控制生醫晶片製程技術開發與臨床生醫應用
 

本研究主要係克服微機電系統製造生醫晶片微流道時製程複雜、設備昂貴、微元件繁多之缺點,以及突破離心式微流道生醫晶片缺乏溫度控制機制及檢驗程序須分段進行之缺失,提出一項創新之「離心式恆溫控制生醫晶片製程技術」,並進行臨床應用與驗證。研究工作分為「離心式恆溫控制生醫晶片製作技術開發」、「離心式恆溫控制生醫晶片實驗平台開發」及「臨床生醫檢驗應用與驗證」等三項。除此,本研究也完成了血液分離,血糖濃度以及血液白蛋白濃度檢驗等三項實驗,實驗結果驗證本研究所開發之離心式恆溫控制生醫晶片檢驗結果與臨床檢驗結果並無顯著差異。本研究除了突破生醫檢測晶片製作與恆溫控制整合之瓶頸,也創新開發一台桌上型生醫晶片製作及檢驗平台,目前正申請專利中。

  

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◎ 非連續式微流道光濕潤液珠操控技術開發與生醫檢測應用研究
 

液珠操控技術(microfluidic devices design)為生醫檢驗晶片發展之主要關鍵技術。目前微流道之設計技術有連續式(continuous flow)及非連續式(non-continuous flow)微流道兩種;其中連續式液珠操控技術必須藉由幫浦、閥門及流道來產生連續流體形態控制檢體;而非連續式液珠操控技術則是以獨立液珠形態方式來操控檢體。近年來,非連續式液珠操控技術為微流道技術發展之主流,其不但可以省去幫浦、閥門等驅動元件以降低成本,也因為非連續式微流道所需之檢體數量較少,可使得反應速度加快,並透過液珠形態方式之操控,可免於檢體在微流道中因為藥劑殘留造成交叉感染影響檢測結果。然而以液珠形態操控之非連續式微流道設計,必須克服表面張力之問題,目前有學者提出光電濕潤(opto-electrowetting)、電化學(electrochemical)等方式來解決此問題,其中以光電濕潤之方式最為廣泛使用。光電濕潤方式係利用雷射光並配合電極之鋪設,以改變基材之表面張力,使得液體有疏親水之形態轉換進而達到液珠操控。然而目前生物晶片之發展已朝向微小化邁進,利用光電濕潤之方式,必須鋪設更微小且緊密之電極來配合,且須透過造價不斐之雷射光進行驅動。基於以上原因,本研究為克服光電濕潤方式須採用電極鋪設及昂貴雷射光源驅動之缺點,提出一種創新之非連續式微流道光濕潤(opto-wetting)液珠操控技術,其技術內容包括「UV光驅動液珠液膜形態操控技術」及「UV光驅動液珠運動路徑操控技術」兩項,本研究在開發過程也自行設計組配「自動化浸漬式覆膜實驗平台」及「UV光驅動液珠非連續式微流道實驗平台」等兩項設備;最後為了驗證非連續式微流道光濕潤液珠操控技術之實用性,也利用血液中血糖含量檢驗進行實驗驗證。

   

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◎ 軟硬骨多孔性組織支架雷射燒結快速成型技術開發與應用研究

 

利用組織工程製作人造膝關節,須完成具有股骨、脛骨及半月板等三種關節結構元件之多孔性支架,而目前支架製作大多採用模具成型法(如鹽析法、氣體發泡法、膜積層法等),無法完全掌控支架內孔洞結構(大小、密度) 及孔洞間連結性,其中股骨、脛骨屬於硬骨組織結構且具有幾何複雜外形,無法由模具成型法製作成形。根據文獻指出,利用雷射燒結法製作組織支架因其具有良好機械強度結構,不需以支撐架輔助,所以可克服幾何複雜外形製作之問題;另外,半月板屬於軟骨組織,如以模具成型法製作,製程中需使用有機溶劑將填充物(氯化鈉)析出,易造成孔洞分布不均與孔洞間相互聯結不良等問題。再者,若有機溶劑殘留支架上會造成細胞貼附生長困難。

本研究已改良設計完成一套雷射燒結生醫材料快速製作多孔性支架組織之設備,經由實驗證明本系統能成功地製作出多孔性組織支架。另外,本研究所完成之多孔性支架孔洞設計模組可依臨床需要之孔隙率,透過單元孔洞陣列設計產生多孔性立體支架孔洞型式,並由支架CAD設計檔轉換成STL檔案格式供快速成型機使用。本研究實驗已確認了所開發之多孔性支架孔洞設計模組及雷射燒結快速成型機,可克服現今組織支架設計與製作之問題,未來將可發展成為一套電腦輔助設計與快速製作多孔性組織支架之整合技術。

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◎ 微機電迷妳發電裝置設計開發

  


飛輪式發電裝置

飛輪式發電裝置,係將線圈繞組安排在兩件背鐵之間,並設計磁鐵組由兩件瓦片狀的永久磁鐵所組成。背鐵的材質是矽鋼,外型呈爪狀,並交叉安裝。磁鐵組上設有擋板,可將壓縮空氣提供之直線動力轉換為旋轉力,讓瓦片狀永久磁鐵能快速旋轉。永久磁鐵交互經過上下背鐵,提供時變磁場於上下背鐵之間,使得線圈能產生感應電動勢。

  
輪圈式發電裝置

利用壓縮空氣提供動力,使得一個偏心物件在一環狀空間內轉動並提供震動效果。利用類似的概念,本研究得到輪圈式發電裝置之概念設計。上下輪圈可接合起來,內呈一中空環狀,可供彎曲狀的永久磁鐵在內轉動。輪圈上有小孔,可讓壓縮空氣進入輪圈內以推動永久磁鐵之轉動。上下輪圈外設有矽鋼片及線圈繞組,可在磁鐵轉動時產生感應電動勢。

  
幫浦式發電裝置

幫浦式發電裝置,係將兩組永久磁鐵設於一組中空管內。為方便組裝,將中空管設計為一件內管及兩件外管組合而成。壓縮流體由外管進入,可造成磁鐵的直線移動。內管外圍設有兩組線圈繞組,可在管內的磁鐵移動時產生感應電動勢。

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◎ UV光源可變焦微成型機

本計畫所開發之『UV光源可變焦微成型機』,其加工最小線寬可達10um,為了將『UV光源可變焦微成型機』達到此加工目標,因此本計畫預計開發可變焦鏡頭、直接切層及適應性切層,並配合微米移動平台以達到微米之加工。本案在設備開發考慮了成本問題,所以光源系統以UV光取代雷射光。

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◎ 直接式適應性切層快速原型技術開發及牙套製作應用評估

 

 

醫療逆向工程與快速原型技術已成為近年來醫學工程領域熱門之研究題目,但是根據研究指出利用快速原型技術進行臨床使用之植入物(以假牙及頭顱為例)模型在製作時,常會因設備製作解析度之限制造成表面微結構外形失真,因此如何在不增加製作時間之前題下,改善模型製作之精度,為極待克服之研究課題。本研究主要是利用電腦輔助軟體開發快速原型機之適應性介面,並應用於牙套之模型之製作。本項適應性切層介面之開發系採用Visual Basic程式開發之軟體來撰寫,英國達康科技公司所開發的電腦輔助設計軟體(Power SHAPE)功能。此一介面之功能方法是將模型上的三角網格資料加以切割分析,此方法可以準確的掌握到每一個模型上細微特徵,並且可依據使用者所需的精度加以設定,因此可改善快速原型系統應用固定切層所造成的誤差,以提高精度。

應用Visual Basic開發Power SHAPE之適應性和直接切層功能具有以下優點。

(1) 直接由CAD模型進行切層可減少轉檔所產生的誤差,及提高RP加工精度。

(2) 可適合不同的RP需求改善加工方式。

(3) 應用現有的軟體可大大減少研發的人力、金錢及時間。

然而目前所有適應性切層全都係以STL檔案格式為主,因此直接應用STL檔案格式開發適應性切層具有下列優點;

(1) STL檔案格式為目前共通的資料檔。

(2) 在CAD軟體開發適應性切層,可以完全將模型特徵顯示出來。

(3) 應用現有的CAD軟體開發介面可大大減少開開發成本及時間。

除此之外本研究可改善傳統牙套的製作流程,結合快速原型可達到節省人力及時間,尤其是此方法可以同時建立數位牙齒資料庫。

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◎ 浸漬覆膜法之覆膜速度對光觸媒親疏水性效果之影響

 

本研究係探討浸漬覆膜法之覆膜速度對光觸媒親疏水性效果之影響,分別探討在1ms、1.5 ms、 2 ms、 2.5 ms 、10 ms速度下光觸媒之效果,並利用接觸角探討各速度下之親疏水性。本研究設定載玻片停留在二氧化鈦溶液時間為5秒。

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◎ 手術器械覆膜奈米光觸媒之接觸角量測分析
 

奈米光觸媒是近年來之新興科技產物,也因為它的出現對於飽受SARS困擾的國家出現了一個防護的機制。透過其氧化還原作用,將有效的讓有機物質與細菌分解,達到殺菌的功能。本研究採用奈米光觸媒溶液利用浸漬覆膜法覆膜在手術器械上,並利用功率4w、波長360nm之紫外光燈照射,再進行接觸角量測。本研究最終將致力於提供醫師一套無菌之手術器械。

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◎ 離心檢測設備於微流道系統之開發及應用評估
 

文字方塊:

當物體經由微加工技術微型化後具備反應快、效率高、取樣減少、降低成本及節省空間等特色,因此”大”世界在醫療科技的應用逐漸式微,”小”世界迅速的取而代之。在這一片汰舊換新的聲浪中,尤以生醫晶片與MEMS元件帶給人類最大的驚喜與意外。自古以來,人類就認為血液和心臟是維持生命的基本要素,也是決定疾病會不會發生的重要條件。因此血液的研究包括多方面的學問,血和生命以神奇無比的方式相繫。本研究主要是利用微流道之微小化及離心之快速化的創意設計,把傳統血液樣本所需之分離、純化、混合、反應等檢驗步驟,藉由高速旋轉的離心設備來達到快速分離與快速檢測的目的,以期取代臨床醫學上的傳統檢驗方式,並經由此系統開發,提供更迅速、準確的檢測模式以落實臨床醫學的技術變遷與技術轉移。緊接著統合與銜接各自獨立作業的實驗系統,將一系列的檢測流程一體化,實現所謂的利用微製造技術所製作出來的微型全分析系統(micro total analysis system,uTAS)。

應用離心檢測設備具有以下優點:

(1)檢體在高速旋轉的過程中,可迅速地依不同質量或不同大小,而有不同程度的分離效果。

(2)除了單純的分離之外,亦可以藉由離心力搭配流道的流向設計,進行 純化與混合的動作。

同時結合離心設備與微流道開發則具有下列優點:

(1)利用CNC加工機在光碟片上設計微流道紋路,一方面可減少血液需求量,同時也能達到迅速

          分離的要求。

(2)藉由微流道將反應物與試劑輸送到適合的位置進行反應。

除此之外本研究也利用烤箱型加熱器進行光碟片的接合技術測試,並善用閃頻儀之特性,對實驗步驟與實驗結果的判讀提供顯然的助益。

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◎ 浸漬式覆膜系統開發
 


 

自行開發一台浸漬式覆膜系統,以提供精密定位、控制浸漬時間、控制拉升速度。本研究之浸漬式覆膜系統如圖所示,軟體介面係利用Microsoft Visual Basic 6.0 所撰寫,浸漬式覆膜系統控制介面圖如圖所示。

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◎ 浸漬式覆膜法最佳覆膜參數對奈米二氧化鈦光觸媒親水特性-田口分析
 


依據L9直交表做出之試件外觀

本研究之目的係利用田口實驗分析法及變異數分析(ANOVA)來探討奈米二氧化鈦(TiO2)光觸媒於浸漬式覆膜法覆膜時之最佳覆膜參數,本研究係利用田口實驗分析法之L9直交表,並挑選浸漬拉升速度、浸漬時間與UV光照射時間等三個控制因子並設定控制因子之水準,配合接觸角量測及變異數分析(ANOVA)進而求出最佳覆膜參數組合,以達奈米二氧化鈦光觸媒之最佳親水特性。

另外為了達到定量化之覆膜參數,本研究自行開發一台浸漬式覆膜系統及UV光源系統。浸漬式覆膜系統可精確的控制浸漬拉升速度、浸漬時間、精密定位等功能;UV光源系統所採用之光源為波長360nm、功率4W之紫外光燈管,以提供催化反應時之光源。

經本研究成果顯示,浸漬式覆膜法對奈米二氧化鈦光觸媒之親水特性分析最佳參數組合為:浸漬拉升速度為10000μm/s、浸漬時間為1杪、照射UV光時間為20分,而主要影響參數為照射UV光之時間,其次為浸漬之拉升速度。最後將結果進行迴歸分析,分析結果顯示UV光最佳之照光時間為20分。透過奈米二氧化鈦光觸媒於浸漬式覆膜法覆膜時之最佳覆膜參數分析,尋找出最佳覆膜參數組合後,將可提供工業界、環保產業等領域在奈米二氧化鈦光觸媒覆膜時之參考依據,以提高效能並節省成本。

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◎ 大自然奈米特性量測
 

本研究係探討大自然物質之奈米現象,如周濂溪先生所著之《愛蓮說》--蓮花出淤泥而不染、濯清漣而不妖,教科書中所?述之鵝毛,它們是否真的具有奈米材料的特性。當我們由仿生學之角度觀察,奈米光觸媒因具備防污自潔的特性,所以和蓮花效應有直接之關聯性。我們以親疏水性來判斷奈米特性之存在,當物質表面孔洞已達奈米化時,接觸角為疏水性。鵝毛以及荷葉表面為奈米結構,所以具有疏水性的特徵,經由接觸角量測儀測定後發現,兩者之接觸角分為85.74度及108.62度,果然驗證出淤泥而不染之效果。

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