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姓名	邱治中(Chih-chung Chiu)  查詢紙本館藏	畢業系所	電機工程學系在職專班
論文名稱	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)
相關論文	★ 電子式基因序列偵測晶片之原型 ★ 眼動符號表達系統之可行性研究 ★ 利用網印碳電極以交流阻抗法檢測糖化血紅素 ★ 電子式基因序列偵測晶片可行性之研究 ★ 電腦化肺音擷取系統 ★ 眼寫鍵盤和眼寫滑鼠 ★ 眼寫電話控制系統 ★ 氣喘肺音監測系統之可行性研究 ★ 肺音聽診系統之可行性研究 ★ 穿戴式腳趾彎曲角度感測裝置之可行性研究 ★ 注音符號眼寫系統之可行性研究 ★ 英文字母眼寫系統之可行性研究 ★ 數位聽診器之原型 ★ 使用角度變化率為基準之心電訊號壓縮法 ★ 電子式基因微陣列晶片與應用電路研究 ★ 電子聽診系統應用於左右肺部比較之臨床研究
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摘要(中)	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。
摘要(英)	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.
關鍵字(中)	★ 指叉形電極 ★ 阻抗式生物感測器 ★ 靈敏度 ★ 電極結構	關鍵字(英)	★ Geometry ★ Sensitivity ★ Impedimetric Biosensor ★ Interdigitated electrode
論文目次	中文摘要 I Abstract III 致謝 IV 目錄 V 第一章　緒論 1 1-1前言 1 1-2　生物感測器介紹 3 1-2-1　歷史介紹 3 1-2-2　組成結構 3 1-3　電化學生物感測器之阻抗特性 7 1-3-1　電路元件參數 7 1-3-2　電泳原理 11 1-3-3　介電電泳原理 13 1-3-4　電路模型結構探討 19 1-3-5　阻抗檢測文獻回顧和原理 22 1-4　阻抗式生物感測器簡介 27 1-4-1　阻抗式電極的等效電路元件 27 1-4-2　阻抗式電極運用範圍 28 1-4-3　阻抗式電極形狀 31 第二章　研究背景 39 2-1　研究動機 39 2-2　研究目標 40 第三章　電阻式生物感測器模擬步驟及實驗方法 41 3-1　電阻特性應於不同結構之生物感測器之模擬研究 41 3-1-1實驗名稱 41 3-1-2實驗目的 41 3-1-3模擬工具 41 3-1-4實驗背景 41 3-1-5實驗方法 46 3-1-6實驗材質選用 49 3-1-7　各種不同電極結構的設計 50 第四章　實驗結果與討論 55 4-1　不同電極結構之阻抗值和電容值模擬 55 4-2　指叉形電極結構 55 4-2-1　指叉形電極結構實驗數據 56 4-2-2　指叉形電極結構的討論 58 4-3　長方形電極結構 61 4-3-1　長方形電極結構實驗數據 62 4-3-2　長方形電極結構的討論 64 4-4　圓形電極結構 67 4-4-1　圓形電極結構實驗數據 68 4-4-2　圓形電極結構的討論 70 4-5-1　三角形電極結構實驗數據 74 4-5-2　三角形電極結構的討論 76 4-6　碟形電極結構 79 4-6-1　碟形電極結構實驗數據 80 4-6-2　碟型電極結構的討論 82 4-7　五種電極結構阻抗值和電容值比較 84 4-8　不同結構電場強度均勻 88 4-9　待測物分子模擬實驗 91 4-9-1待測物分子實驗參數 91 4-9-2待測物分子實驗參數討論 98 4-9-3不同結構形狀且相同面積的靈敏度比較 100 4-9-4　指叉形電極使用不同濃度之PBS和不同待測物阻抗比較 107 4-10　單一待測物分子位置模擬實驗 115 4-10-1　單一待測物位置參數設定 115 4-10-2　單一待測物位置參數討論 118 第五章　結論 120 未來展望 124 參考文獻 125
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指導教授	蔡章仁(Jang-zern Tsai)	審核日期	2011-8-26
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