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系統識別號 U0002-2908201011243800
中文論文名稱 多通道生醫電阻抗分析系統研製
英文論文名稱 Fabrication of Multi-channel Electrical Impedance Analyzers for Biomedical Systems
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 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 林宗煌
研究生英文姓名 Zong-Hunag Lin
學號 697370327
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-26
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-楊龍杰
委員-張培仁
委員-蔡健忠
中文關鍵字 LabVIEW  自動化  葡萄糖氧化脢 
英文關鍵字 LabVIEW  automation  Glucose oxidase 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究目的旨在自行設計一多通道電阻抗分析儀,主要由電阻抗分析儀與多通道轉換控制模組所組成,能夠同時執行多項測試,除能減少測試所需的時間外,更能降低測驗設備的成本,以達到多功能量測平台的宗旨。
在系統驗證時,係以分析葡萄糖濃度變化作為標的,經過測試,本系統已能夠透過測試端,將葡萄糖與葡萄糖氧化脢在發生化學反應時所產生的的電流
,轉換為電壓輸出,證明本系統能奏效。為能擴充本系統功能,本研究透過修改LabVIEW程式與內部電路微調後,已將測試對象擴充至光學電流訊號量測,藉由光柵盤改變雷射光不同光線通過頻率,改變電流通過光電晶片的時間,量測光電晶片已達20KHz的響應頻率。
經由以上兩個實驗說明,多通道電阻抗分析儀可以量測0.1μA以下之微小電流變化,且由搭配電路的低頻濾波器最高可以提供至100KHz以下的訊號量測。
英文摘要 The purpose of this study was to design a multi-channel electrical impedance analyzer. Mainly composed by the impedance analyzer and multi-channel conversion control module. It can implement a number of tests simultaneously. In addition to reduce test time, it can also reduce the cost of test equipment to achieve the multi-function measurement.
In the system validation, It's based on analysis of glucose concentration as the subject. For the erection of blood glucose test specimens no signal output, it has proved that this system can function. In order to expand the functionality of the system, this study by modifying the LabVIEW program and fine-tuning the internal circuit, the test object has been expanded to measure the optical current signal. Through the grating to change the laser light through different frequency, change the current time through the optical chip, the chip has reached the measurement optical response frequency of 20KHz.
From these two experiments show that multi-channel electrical impedance analyzer can measure small current changes below 0.1μA. And by the low-frequency filter circuit with the highest offer to the 100KHz signal under measurement.
論文目次 目錄
誌謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 IX

第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 現有產品技術 5
1-2-1 電化學分析儀器的串接法 5
1-2-2電化學分析儀器微型化 6
1-2-3電化學分析儀器的發展趨勢 7
1-3 研究目的 7
1-4 本文架構 9
第二章 設計原理 10
2-1 生物感測器 10
2-2 酵素固定法 11
2-3 葡萄糖氧化脢反應 12
2-4 量測原理 13
2-5 測試架構 14
2-5-1 電腦 15
2-5-2 電阻抗分析儀 17
2-5-3 多通道控制模組 25
2-6 製作所需設備 26
2-6-1 示波器 27
2-6-2 訊號產生器 27
2-6-3 六位半電錶 28
第三章 電阻抗分析儀製造 29
3-1 光罩製作 29
3-2 電路製作 29
3-3 程式設計 35
第四章 系統測試 37
4-1 葡萄糖氧化酶實驗 37
4-1-1 試片準備 37
4-1-2 實驗架設 38
4-1-3 實驗結果 39
4-2 光學量測實驗 44
4-2-1 實驗架設 45
4-2-2 實驗參數 46
4-2-3 量測資料 46
4-2-4 量測結果 51
第五章 結論與未來方向 52
5-1 結論 52
5-2 未來方向 53
參考文獻 54
附錄A 電路蝕刻液更換方法 60
附錄B 訊號擷取器介紹 63
附錄C 其他擴充電路模組 66
附錄D 電路繪製 70
附錄E 微控制器 73
附錄F 多通道電阻抗分析儀程式碼 76

圖目錄
圖1-1 封裝上PDMS高分子作為培養皿的CMOS多電極陣列晶片 2
圖1-2 市售電化學設備 6
圖1-3 市面上常見的血糖計 6
圖1-4 電阻感抗感測晶片 7
圖1-5 論文架構圖 9
圖2-1葡萄糖氧化脢反應式 12
圖2-2反應初期 12
圖2-3反應過程 13
圖2-4系統架構圖 15
圖2-5 LabVIEW程式界面 15
圖2-6NI PCI-6221 DAQ卡 16
圖2-7內部電路規劃圖 18
圖2-8 內部電源供應概念圖 18
圖2-9中間抽頭變壓器 19
圖2-10外部電源概念圖 19
圖2-11參考電壓概念圖 20
圖2-12電流量測概念圖 21
圖2-13 波段選擇開關 22
圖2-14儀表放大器內部電路圖 23
圖2-15儀表放大器頻率響應圖 23
圖2-16放大電路概念圖 24
圖2-17 DAQ線材腳位定義 25
圖2-18多通道設計概念圖 26
圖2-19 TI TS3A24159設計概念圖 26
圖2-20電阻抗式感測晶片 26
圖2-21 Tektronix TDS2014B 彩色數位示波器 27
圖2-22函數波訊號產生器 27
圖2-23 六位半電錶 28
圖3-1 電路光罩 29
圖3-2 雙面玻璃纖維感光電路板 30
圖3-3 電路曝光箱 30
圖3-4 電路顯影 31
圖3-5 電路蝕刻機 32
圖3-6 完成電路板 32
圖3-7 IC接腳方式 33
圖3-8 電路焊接 33
圖3-9 外殼加工與配線圖 34
圖3-10 電化學平台完成 34
圖3-11 電阻抗分析儀人機械面 35
圖3-12 程式流程 36
圖4-1 市售血糖試紙 37
圖4-2 電極轉接插座 39
圖4-3 實驗流程 39
圖4-4 通道切換訊號狀態 40
圖4-5 四通道紀錄數值 40
圖4-6 突波訊號處理 41
圖4-6 訊號總圖 41
圖4-7 0-3000訊號變化 42
圖4-8 3000-9000訊號變化 42
圖4-9 9000-10800訊號變化 43
圖4-10 10800-15000訊號變化 43
圖4-11 台灣大學凝態科學中心KEITHLEY 4200 Semiconductor Charaterization System 44
圖4-12 光學實驗設備 46
圖4-13 光電效應 46
圖4-14 10Hz訊號圖形 46
圖4-15 50Hz訊號圖形 47
圖4-16 50Hz訊號圖形 47
圖4-17 1KHz 訊號圖形 48
圖4-18 5KHz 訊號圖形 48
圖4-19 10KHz 訊號圖形 49
圖4-20 15KHz 訊號圖形 49
圖4-21 20KHz 訊號圖形 50

表目錄
表1-1 各胺基酸的反應官能基 11
表2-1 PCI-6221 規格 17
表2-2 電流檔位對應表 22
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