阻抗性生物感測器的形狀對靈敏度的影響之二維電場模擬; Two-dimensional Electric-field Simulation for Effect of Electrode Geometry on Sensitivity of Impedimetric Biosensor

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题名:	阻抗性生物感測器的形狀對靈敏度的影響之二維電場模擬;Two-dimensional Electric-field Simulation for Effect of Electrode Geometry on Sensitivity of Impedimetric Biosensor
作者:	邱治中;Chih-chung Chiu
贡献者:	電機工程研究所碩士在職專班
关键词:	指叉形電極;阻抗式生物感測器;靈敏度;電極結構;Geometry;Sensitivity;Impedimetric Biosensor;Interdigitated electrode
日期:	2011-08-26
上传时间:	2012-01-05 14:58:31 (UTC+8)
摘要:	生物晶片技術其主要特點是可靠性高、精確性高、分析速度快、所使用的樣品及試劑少，就可獲得相關的樣品資訊。由於阻抗式生物感測器不斷朝向微小化目標邁進，可以使巔峰阻抗變大讓待測物更容易檢測，但電極的結構形狀卻會影響其晶片之量測特性，而無法得到有效之晶片的設計下將阻礙生物感測器的發展。針對不同的待測物如細胞、人類遺傳基因及蛋白質，因其粒子大小、介電係數或是濃度不同，因此待測物放置在不同的電極形狀結構時，所量測到的各項樣品資訊也會有不同的結果產生。因此本研究設計模擬了五種不同形狀的電極結構: 指叉形電極、長方形電極、圓形電極、三角形電極和碟形電極。故本文嘗試以ADS電磁模擬套裝軟體對於不同電極形狀做各種不同特性模擬研究，其中包括阻抗值及電容值的大小變化差異、電場強度分佈、靈敏度高低和待測物放置位置不同的阻抗變化模擬研究分析，進而讓設計者以這些模擬的各項數據為參考，依照不同的量測項目去設計最佳化的電極結構。最後由模擬數據可以得知五種電極的電容值大小，指叉形電極為1.600×10-14F、長方形電極為1.086×10-14F、圓形電極為6.513×10-15F、三角形電極為6.576×10-15F和碟形電極為9.924×10-15F。另外將待測物分子區分成會移動或是不會移動的情況，指叉形電極因兩電極間電場強度為均勻分佈，適合量測不會移動的待測物，當待測物放置在不同位置且電場強度相同時，其阻抗變化率只有 0.19%。而三角形電極因電極間電場強度和周圍不同，所以適合量測會移動的待測物，當待測物放置在不同位置且電場強度不相同時，其阻抗變化率為 4.54%，因此可以用來偵測待測物移動位移量，而指叉形電極和三角形電極在偵測待測物在不同位置的阻抗變化，三角形的阻抗變化為指叉形電極的 23 倍。另外指叉形電極的靈敏度為這幾種電極中最為靈敏的可達到 60.34 %，為本研究中阻抗變化最靈敏的電極結構。故可參考以上五種不同結構電極的靈敏度結果，配合實際硬體電極結構製作最佳靈敏度的電極結構。 This　research　studied　five　different　designs　of　electrode-pair　geometry　for　impedimetric　biosensing　applications.　These　included　interdigitated,　rectangular,　circular,　triangular,　and　dish　electrode　pairs.　ADS　(Advanced　Design　System)　software　was　utilized　to　simulate　these　different　electrode-pair　designs　on　their　impedance,　capacitance,　and　electric　intensity.　The　simulated　capacitances　of　these　five　electrode-pair　geometries　of　commensurate　dimensions　were　1.600　×　10－14　F,　1.086　×　10－14　F,　6.513　×　10－15　F,　6.576　×　10－15　F,　9.924　×　10－15　F,　respectively.　One　of　the　simulations　showed　that　the　electric　intensity　in　the　area-of-interest　in　the　interdigitated　electrode　pair　was　quasi-uniform.　A　sensor　of　this　geometry　will　be　insensitive　to　the　movement　of　the　measured　object.　An　impedance　change　of　merely　0.19%　was　caused　by　changing　location　of　the　measured　object.　The　electric　intensity　in　the　area-of-interest　in　the　triangular　electrode　pair　was　non-uniform.　A　sensor　of　this　geometry　will　be　able　to　sense　the　movement　of　the　measured　object.　An　impedance　change　of　up　to　4.54%　was　caused　by　changing　the　location　of　the　measured　object.　Among　the　five　electrode-pair　types,　the　interdigitated　one　had　the　highest　sensitivity.　Adding　measured　substance　caused　60.43%　impedance　change　from　the　status　with　background　solution　only.　The　results　of　this　study　will　be　useful　for　guiding　the　electrode-pair　geometry　design　of　 impedimetric　biosensors.
显示于类别:	[電機工程學系碩士在職專班] 博碩士論文

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