以質傳速率研製pH值快速檢測晶片
邵國芳1 (Kuo-Fang-Shao) 、利致良1(Chih-Laing-Li)_ 呂健誌1 (Chien-chih-Lu)
1元培科技大學 生物醫學工程系
1.中文摘要
本專題之目的在於開發一套新型酸鹼度光學量測系統，檢測晶片則利用微奈米孔洞結構之高分子薄膜研製pH值之快速量測元件。研究發現採用聚羥基甲基丙烯酸乙酯為感測材料，將此種高分子材料經紫外光照射後，對不同pH值液體會出現不同的質傳速率，並進一步利用此原理來開發樣品液體的酸鹼感應元件之開發。同時，此晶片亦能夠進一步應用於材料特性量測等，成為生醫材料相關研究工作的利器。這套系統由載具、雷射二極體、光發射及接受電路、資料擷取介面與labview虛擬儀控量測平台所組成。在本研究中，材料孔隙度、檢體的酸鹼度與光散射強度的校正關係曲線透過實驗建立。量測系統可即時呈現材料之透光率隨時間變化的情形，並換算出待測液體之酸鹼度而即時顯示於面板上，所記錄到的數據可由使用者設定儲存途徑。這套系統包含插入式的樣品載具、紅光雷射光源、具有控制與感測功能之電路、A/D-D/A多功能傳輸介面卡及利用labview圖控程式所建構的虛擬儀控使用介面等部分。
關鍵詞：質傳速率、聚羥基甲基丙烯酸乙酯、酸鹼度
2.英文摘要
The purpose of the special subject is to develop a set of Optical pH measurement system. The sensing chip contained a polymer thin film with micro/nano pore structure. In this study, pH sensitive polymer was produced through two process, the polymerization of poly(hydroxyl ethyl methacrylate) and the modification of the polymer film by using ultraviolet light. The mass transport velocity of modified polymer film depend on the pH value of sample. This system consists of a sample loading carrier, laser diode, sensing circuit, data acquestion interface and labview virtual instrument panel. The calibration curve of pH value and mass transport velocity had been obtained. The pH value of sample could be display and saved through the VI panel in real._
Keyword : mass transport velocity, poly(Hydroxyl ethyl methacrylate), pH value
3.前言與文獻回顧
_____________ 先前的研究中發現高分子材料聚羥基甲基丙烯酸乙酯聚合過程中可透過退火溫度的調控改變其孔隙度及透光率，同時，此材料經輻射照射後，對不同pH值之溶液之質傳速率快慢不同，而此材料的透光度亦會隨溶液對材料內部孔洞的填充而改變。基於上述特性，本團隊嘗試將此多孔姓高分子材料與自動化光學檢測技術結合，開發材料孔隙與質傳特性檢測系統，並應用於液態樣本之酸鹼度檢測。
4.設備原理
本系統設備原理如圖一所示。液態樣本由檢測晶片前端凹槽滴入高分子感測層中，液態樣本由晶片前端擴散至後端檢測點（距離：D），由於樣本對感測層之傳輸速率隨pH值而變化，而當樣本擴散至檢測點時，會造成透明高分子層光穿透率（T）變化，藉此檢測樣本在感測層之傳輸時間（t）並利用式（1）換算成傳輸速率（V），並由pH值對傳輸速率之校正曲線求得樣本酸鹼度。
D
V
t
_____
=
圖一、設備原理
5.系統軟硬設備
____ 本系統架構如圖二。待測高分子薄膜透過載具配件裝置於系統中，以653nm雷射光源作為入射光照射晶片感測層，並由光敏電阻接收感測層透光量，由感測電路濾除雜訊並放大，經NI DAQCard-6024E介面卡進行A/D轉，在由圖控程式將輸入電壓訊號經校正曲線換算呈現樣品pH值。雷射光源可由虛擬儀表及繼電器控制啟動。控制程式如圖三。