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系統識別號 U0002-1009201209004400
中文論文名稱 微流道表粗對於細胞貼附之影響
英文論文名稱 Surface roughness effect on the cell attachment in a microchannel
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 呂傑文
研究生英文姓名 Chieh-Wen Lu
學號 699371364
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2012-07-13
論文頁數 163頁
口試委員 指導教授-楊龍杰
委員-戴慶良
委員-李其源
中文關鍵字 微流道  PDMS  表面粗糙度  細胞貼附 
英文關鍵字 Microfluidic  PDMS  Surface roughness  Cell attachment 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究以黃光微影技術和軟微影PDMS 翻模技術,製作出一個仿微血管
水力直徑的PDMS 微流道。先行驗證PDMS 在O2 與CF4 混合氣體不同比例下,
電漿蝕刻的表面粗糙度變化數據,再利用該不同表面粗糙度的PDMS 微流道,
透過微球體與活體肝癌細胞HepG2 之動態灌流實驗,分別觀察二者貼附於
PDMS 微流道之每隔10 分鐘變動的面積多寡,而至終定性歸納出,PDMS 微
流道表粗對於細胞貼附之影響。
英文摘要 A PDMS microchannel mimicking the capillary blood vessel is fabricated by the soft
lithography. With treating the PDMS microchannels by different plasmas, the
corresponding surface roughness RA data are experimentally measured. Using these PDMS
microchannels well defined by proper RA values, liquid streams with microbeads and
living HepG2 tumor cells are filled in, respectively. The microbead and cell attachment
areas in the PDMS microchannel have been recorded dynamically with 10 min interval.
Finally, the author qualitatively discusses the surface roughness effect on the particle or
cell attachment in a PDMS microchannel.
論文目次 目錄
中文目錄..................................................................................................... I
英文摘要....................................................................................................II
目錄...........................................................................................................III
圖目錄...................................................................................................... VI
表目錄...................................................................................................... XI
第一章 緒論...............................................................................................1
1-1 微機電系統...................................................................................1
1-2 研究動機......................................................................................2
1-3 文獻回顧......................................................................................6
1-4 研究目的......................................................................................9
第二章 PDMS 微流道粗糙化探討........................................................10
2-1 PDMS 特性.................................................................................10
2-2 RIE 電漿蝕刻PDMS 表面粗糙度探討.....................................11
2-3 混合氣體蝕刻對PDMS 微流道之影響...................................16
2-3-1 玻璃片置於PDMS 微流道上之情況..............................16
2-3-2 PDMS 微流道置於玻璃片上之情況...............................19
2-3-3 形狀量測雷射顯微鏡介紹..............................................21
2-3-4 非接觸式量測檢驗..........................................................22
2-4 RIE 電漿蝕刻PDMS 表面粗糙度實驗改良.............................25
2-4-1 AFM 原子力顯微鏡.........................................................26
2-4-2 PDMS 樣品準備...............................................................28
2-4-3 混合氣體電漿蝕刻PDMS 表面與量測.........................30
2-4-4 混合氣體電漿蝕刻PDMS 微流道與流道內部量測.....32
第三章 肝癌細胞貼附之動態實驗........................................................36
3-1 細胞培養.....................................................................................36
3-1-1 無菌操作基本技術...........................................................36
3-1-2 細胞培養液調配...............................................................37
3-1-3 細胞繼代培養...................................................................40
3-2 PDMS 微流道製作.....................................................................42
3-2-1 玻璃片清潔部分..............................................................42
3-2-2 PDMS 部分.......................................................................43
3-2-3 RIE 氧氣電漿接合............................................................44
3-2-4 粗糙化微流道..................................................................47
3-3 動態實驗架設.............................................................................48
3-4 動態實驗流量探討.....................................................................51
3-5 微流道防漏改善.........................................................................54
3-6 微球體動態實驗.........................................................................56
3-7 肝癌細胞動態實驗.....................................................................61
第四章 結論.............................................................................................65
附錄A 原子力顯微鏡掃描圖.................................................................71
A-1 PDMS 樣品表面形貌................................................................71
A-2 PDMS 混合氣體電漿蝕刻表面形貌........................................73
A-3 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌........................................93
A-4 PDMS 微流道混合氣體電漿蝕刻表面形貌............................98
附錄B 原子力顯微鏡掃描圖...............................................................108
B-1 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內.................................108
B-2 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內.....122
B-3 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內..............................136
B-4 肝癌細胞動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內.150

圖目錄
圖 1-1 癌細胞的轉移過程...........................................................................................6
圖1-2 粗糙度以及親疏水性對於細胞貼附之影響...................................................7
圖1-3 四種加工於鈦金屬表面改變之形貌...............................................................8
圖1-4 四種加工於鈦金屬表面細胞貼附度以及時間關係圖...................................8
圖2-1 聚二甲基矽氧烷之化學結構.........................................................................10
圖2-2 CF4 與O2 混合氣體在電漿功率80W 以及100W 之粗糙度分佈................15
圖2-3 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W,將玻璃片置於PDMS
微流道上進行蝕刻,蝕刻前後相對粗糙度百分比....................................18
圖2-4 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W,將PDMS 微流道置
於玻璃片上進行蝕刻,蝕刻前後相對粗糙度百分比................................21
圖2-5 玻璃片置於PDMS 上之混合氣體蝕刻分佈圖.............................................24
圖2-6 PDMS 置於玻璃片上之混合氣體蝕刻分佈圖..............................................24
圖2-7 微流道晶片表粗數據分佈圖.........................................................................25
圖2-8 PDMS 樣品表面受力而下陷..........................................................................27
圖2-9 PDMS 樣品表面受力下陷部份回復平坦......................................................27
圖2-10 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W 與100W 蝕刻表面粗糙度比較圖
........................................................................................................................31
圖2-11 PDMS 微流道混合氣體電漿CF4: O2= 1: 1 80W 與100W 粗糙度比較圖34
圖3-1 PDMS 經氧氣電漿表面處理示意..................................................................44
圖3-2 本實驗室之反應離子蝕刻機(型號:SAMCO RIE1-C)...............................46
圖3-3 PDMS 微流道與玻璃片接合..........................................................................47
圖3-4 PDMS 微流道接鐵氟龍管..............................................................................47
圖3-5 實驗架設示意.................................................................................................49
圖3-6 實驗架設.........................................................................................................49
圖3-7 實驗架設PDMS 微流道部分.........................................................................50
圖3-8 179AB 膠進行防漏之PDMS 微流道.............................................................56
圖3-9 動態實驗觀測範圍示意圖..............................................................................58
圖3-10 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內各個時間微球體面積分佈圖.......59
圖3-11 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內各個時間微球體面
積分佈圖........................................................................................................60
圖3-12 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內各個時間微球體面積分佈圖...62
圖3-13 肝癌細胞動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之未蝕刻之微流道內各個時
間微球體面積分佈圖....................................................................................63
圖3-14 動態實驗灌流肝癌細胞於是否混合氣體電漿蝕刻之微流道下附著影響比
較圖................................................................................................................64
圖4-1 動態實驗結果示意圖......................................................................................67
圖A-1 PDMS 樣品1 表面第1 點AFM 量測圖.......................................................71
圖A-2 PDMS 樣品1 表面第2 點AFM 量測圖.......................................................71
圖A-3 PDMS 樣品2 表面第1 點AFM 量測圖.......................................................72
圖A-4 PDMS 樣品2 表面第2 點AFM 量測圖.......................................................72
圖A-5 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 3min 樣品1 .................................73
圖A-6 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 3min 樣品2..................................74
圖A-7 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 6min 樣品1..................................75
圖A-8 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 6min 樣品2..................................76
圖A-9 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 9min 樣品1..................................77
圖A-10 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 9min 樣品2................................78
圖A-11 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 12min 樣品1..............................79
圖A-12 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 12min 樣品2..............................80
圖A-13 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 15min 樣品1..............................81
圖A-14 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 15min 樣品2..............................82
圖A-15 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 3min 樣品1..............................83
圖A-16 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 3min 樣品2..............................84
圖A-17 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 6min 樣品1..............................85
圖A-18 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 6min 樣品2..............................86
圖A-19 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 9min 樣品1..............................87
圖A-20 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 9min 樣品2..............................88
圖A-21 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 12min 樣品1............................89
圖A-22 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 12min 樣品2............................90
圖A-23 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 15min 樣品1............................91
圖A-24 PDMS 混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 15min 樣品2............................92
圖A-25 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品1 ..............................................93
圖A-26 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品2 ..............................................93
圖A-27 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品3 ..............................................94
圖A-28 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品4 ..............................................94
圖A-29 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品5 ..............................................95
圖A-30 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品6 ..............................................95
圖A-31 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品7 ..............................................96
圖A-32 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品8 ..............................................96
圖A-33 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品9 ..............................................97
圖A-34 PDMS 微流道樣品蝕刻前表面形貌 樣品10 ............................................97
圖A-35 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 3min........................98
圖A-36 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 6min........................99
圖A-37 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 9min......................100
圖A-38 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 12min....................101
圖A-39 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 80W, 15min....................102
圖A-40 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 3min....................103
圖A-41 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 6min....................104
圖A-42 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 9min....................105
圖A-43 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 12min..................106
圖A-44 PDMS 微流道進行混合氣體電漿CF4:O2=1:1, 100W, 15min..................107
圖B-1 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流前...........................................108
圖B-2 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內溶液剛流經微流道.......................109
圖B-3 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流10 分鐘.................................110
圖B-4 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流20 分鐘................................. 111
圖B-5 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流30 分鐘.................................112
圖B-6 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流40 分鐘.................................113
圖B-7 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流50 分鐘.................................114
圖B-8 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流60 分鐘.................................115
圖B-9 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流70 分鐘.................................116
圖B-10 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流80 分鐘...............................117
圖B-11 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流90 分鐘...............................118
圖B-12 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流100 分鐘.............................119
圖B-12 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流110 分鐘.............................120
圖B-13 微球體動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流120 分鐘.............................121
圖B-14 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流前...........122
圖B-15 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內溶液剛流經微流
道..................................................................................................................123
圖B-16 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流10 分鐘.124
圖B-17 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流20 分鐘.125
圖B-18 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流30 分鐘.126
圖B-19 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流40 分鐘.127
圖B-20 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流50 分鐘.128
圖B-21 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流60 分鐘.129
圖B-22 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流70 分鐘.130
圖B-23 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流80 分鐘.131
圖B-24 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流90 分鐘.132
圖B-25 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流100 分鐘133
圖B-26 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流110 分鐘134
圖B-27 微球體動態實驗於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流120 分鐘135
圖B-28 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流前.....................................136
圖B-29 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內溶液剛流經微流道.................137
圖B-30 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流10 分鐘...........................138
圖B-31 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流20 分鐘...........................139
圖B-32 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流30 分鐘...........................140
圖B-33 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流40 分鐘...........................141
圖B-34 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流50 分鐘...........................142
圖B-35 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流60 分鐘...........................143
圖B-36 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流70 分鐘...........................144
圖B-37 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流80 分鐘...........................145
圖B-38 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流90 分鐘...........................146
圖B-39 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流100 分鐘.........................147
圖B-40 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流110 分鐘.........................148
圖B-41 肝癌細胞動態實驗於未蝕刻之微流道內灌流120 分鐘.........................149
圖B-42 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流前...............150
圖B-43 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內溶液剛流經微流道
......................................................................................................................151
圖B-44 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流10 分鐘.....152
圖B-45 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流20 分鐘.....153
圖B-46 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流30 分鐘.....154
圖B-47 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流40 分鐘.....155
圖B-48 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流50 分鐘.....156
圖B-49 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流60 分鐘.....157
圖B-50 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流70 分鐘.....158
圖B-51 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流80 分鐘.....159
圖B-52 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流90 分鐘.....160
圖B-53 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流100 分鐘...161
圖B-54 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流110 分鐘....162
圖B-55 肝癌細胞灌流於蝕刻CF4:O2=1:1, 15min 之微流道內灌流120 分鐘...163

表目錄
表 1-1 癌細胞轉移前與轉移後之五年相對生存率...................................................5
表2-1 電漿蝕刻PDMS 之參數................................................................................11
表2-2 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率80W(單位: 埃A)............13
表2-3 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W(單位: 埃A)..........14
表2-4 混合氣體電漿參數CF4:O2=5:1,氣體電漿功率80W(單位: 埃A)............14
表2-5 混合氣體電漿參數CF4:O2=5:1,氣體電漿功率100W(單位: 埃A)..........15
表2-6 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W 蝕刻前對玻璃片置於
PDMS 微流道上情況(單位: 埃A)...............................................................17
表2-7 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W 蝕刻後對玻璃片置於
PDMS 微流道上情況(單位: 埃A)...............................................................18
表2-8 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W 蝕刻前 對PDMS 微
流道置於玻璃片上情況(單位: 埃A)...........................................................20
表2-9 混合氣體電漿參數CF4:O2=1:1,氣體電漿功率100W 蝕刻前 對PDMS 微
流道置於玻璃片上情況(單位: 埃A)...........................................................20
表2-10 玻璃片置於PDMS 上之混合氣體蝕刻,單位(μm)....................................23
表2-11 PDMS 置於玻璃片上之混合氣體蝕刻,單位(μm) .......................................23
表2-12 PDMS 樣品表面粗糙度(單位: nm) ..............................................................29
表2-13 PDMS CF4:O2=1:1, 80W 蝕刻粗糙度...........................................................30
表2-14 PDMS CF4:O2=1:1, 100W 蝕刻粗糙度.......................................................30
表2-15 PDMS 微流道樣品蝕刻前粗糙度................................................................33
表2-16 PDMS 微流道蝕刻 CF4: O2= 1: 1, 80W 與100W 蝕刻粗糙度..................34
參考文獻 參考文獻
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