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研究生： 劉光耀
Liu, Kuang-Yao
論文名稱： 光聚合高分子在微流體管道上的設計與製作
Design and Fabrication of Photopolymers on Microfluidic Channels
指導教授： 陳淑慧
Chen, Shu-Hui
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 143
中文關鍵詞： 光聚合高分子 、微流體管道
外文關鍵詞： microfluidic channel, photopolymer
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    • 　　本研究的主要目的是將光聚合高分子材料製作於細微管柱上，而達到結構最佳化的調整與控制。由於光聚合高分子材料具有聚合快速、成形位置與形狀的選擇性高、多孔性表面具有極大表面積可增加與樣品的接觸，以及高分子表面可依不同需求而進行衍生化修飾等優點，所以可應用於分析化學方面的研究，提升分析工作的效果。
    　　本研究藉由調整單體溶液的成分與比例，以及改變光聚合反應的條件，而針對所生成的光聚合高分子整體性管柱靜相材質在其內部多孔性質與外在結構狀態的變化趨勢進行觀察。實驗結果證明，單體溶液之中所含交聯劑與溶劑彼此之間的比例消長，確實是控制高分子結構的主要因素，而共溶劑的使用也能改變多孔洞性質的表現；另外，光線照射時間與光罩的型式對所形成高分子管柱靜相結構的影響也十分顯著。
    　　用光聚合高分子對分析工作的多項優勢，我們將光聚合高分子材質製作在毛細管柱或微流體管道之中，而能達到許多不同的運用。本研究將強陽離子交換顆粒（SCX beads）混合在光聚合高分子的單體溶液之中，藉由光聚合反應而在毛細管上製作出具有陽離子交換功能的毛細管柱；另一方面，利用特殊的化學修飾反應，也可將常用於蛋白質消化水解的胰蛋白酵素（trypsin）固定於毛細管柱內的光聚合高分子多孔性表面上，形成能對蛋白質樣品進行消化水解反應的整體性管柱靜相結構。藉由光聚合高分子與微型管柱的結合，我們成功製做出具有初步分離能力的微型陽離子交換管柱，以及具有蛋白質消化水解能力的微型酵素反應管柱。

    　　This study aims achieving the best composition and adjustment through the synthesis of photopolymers on micro-channels. Advantages of photopolymers include its ability for fast polymerization, high section of the location and shape in which it forms. Its porous surface enables it to have a large surface area to allow for the maximum contact with the sample. Furthermore, the polymer surface can be modified to meet different needs. These advantages combine to aid in elevating the results in chemical analysis.
    　　By adjusting the contents and proportions of the monomer solution and changing the conditions of photopolyermization, we are able to observe any pattern changes to the inner porous surface and outer structure in the polymers synthesized in the polymeric stationary phase. Results show that polymer synthesis is indeed controlled by changes of portion between the cross-linker and porogenic solvent in the monomer solution. It is also found that the use of co-solvent alters the nature of the porous surface. In addition, the irradiation time and the form of the photo-mask both have an obvious effect to the structure of the polymeric stationary phase.
    　　Due to its many advantages, we are able to synthesize photopolymers inside of capillaries and micro-channels and apply it for many uses. The study mixed SCX beads with the photopolymer monomer solution and through polymerization, constructing capillary micro-columns that are capable of cation exchange. Also, using special chemical modification effects, we are able to attach trypsin on the surface of photopolymers inside of the capillary micro-columns. By doing so, the polymeric stationary phase structure is then able to perform enzyme digestion on the protein samples. By putting photopolymers and capillary micro-columns together, we successfully constructed micro-cation exchange columns capable of preliminary separation ability as well as micro-enzymatic reacting columns that are able to perform protein digestion.

    目錄 中文摘要………………………………………………………………I 英文摘要………………………………………………………………III 目錄……………………………………………………………………IV 圖表目錄………………………………………………………………VII 第一章 序論 1.1 前言…………………………………………………………………1 1.2 微流體分析晶片的發展……………………………………………3 1.3 溶膠凝膠（Sol-gel）技術與有機高分子聚合物………………4 1.4 光聚合高分子（Photopolymer）與微流體管道（microfluidic channel）的結合與應用………………………………………………6 第二章 微流體晶片的製備 2.1 微流體生醫晶片簡介…………………………………………………8 2.2 微流體晶片設計………………………………………………………10 2.2.1光罩設計與製作………………………………………………10 2.2.2微流體晶片的型式……………………………………………12 2.3 微流體晶片製作………………………………………………………12 2.3.1 表面前處理……………………………………………………13 2.3.2 微影程序（Photolithography）……………………………13 2.3.3 蝕刻程序（Etching）………………………………………15 2.3.4 鑽孔與熔融接合………………………………………………16 第三章 光聚合高分子的控制與形成 3.1 光聚合反應的特性…………………………………………………18 3.2 光聚合高分子整體性管柱材料的研究背景與動機………………20 3.3 光聚合高分子整體性管柱材料的反應與形成……………………22 3.3.1 溶膠凝膠反應與管壁表面修飾步驟………………………23 3.3.2 甲基丙烯酸類（methacrylate-based）有機高分子簡介26 3.4 實驗架設……………………………………………………………28 3.4.1 實驗材料與藥品的準備……………………………………29 3.4.2 光聚合高分子的固化成形…………………………………31 3.5 內含成分對光聚合高分子性質與結構的影響……………………32 3.5.1 高分子表面化學性質的控制－功能性單體的選擇………32 3.5.2 高分子內部結構的控制－單體與溶劑的調控……………33 3.6 聚合反應條件對光聚合高分子成形的影響………………………42 3.6.1 紫外光源照射時間的影響…………………………………43 3.6.2 光罩型式與透光範圍的影響………………………………45 第四章 光聚合高分子整體性管柱材料的應用 4.1 光聚合高分子材料的用途…………………………………………55 4.2 微型強陽離子交換管柱的製備與使用……………………………56 4.2.1 陽離子交換技術簡介…………………………………………57 4.2.2 微型強陽離子交換管柱的製備方式…………………………59 4.2.3 微型強陽離子交換管柱的使用程序…………………………60 4.2.4 測試結果與討論………………………………………………63 4.3 微型胰蛋白酶酵素消化反應管柱的製備與使用…………………65 4.3.1 胰蛋白酶酵素消化反應簡介…………………………………67 4.3.2 微型胰蛋白酶酵素消化反應管柱的製備方式………………68 4.3.3 微型胰蛋白酶酵素消化反應管柱的使用程序………………72 4.3.4 測試結果與討論………………………………………………78 第五章 結論與未來展望 5.1 結論…………………………………………………………………83 5.2 未來展望……………………………………………………………84 參考資料…………………………………………………………………86

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    下載圖示 校內：2005-08-17公開
    校外：2005-08-17公開
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