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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 應用力學研究所
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dc.contributor.advisor李世光(Chih-Kung Lee)
dc.contributor.authorShin-Ting Chouen
dc.contributor.author周欣亭zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-16T10:55:37Z-
dc.date.available2016-08-22
dc.date.copyright2013-08-22
dc.date.issued2013
dc.date.submitted2013-08-08
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/61245-
dc.description.abstract全世界有1/3的人口是肺結核帶原者,由於目前的檢測方法費時且人力密集,很難篩檢龐大的潛在病患,故本團隊以肺結核的指標蛋白質丙型干擾素(IFN-γ)為檢測目標,期望找到免標定,免多道沖洗步驟,可即時反應、檢驗快速的方法。
為驗證本團隊開發之橢偏儀,將橢偏儀與商用電化學工作站CHI進行同步量測,以達到相互驗證之目的。研究過程中,以丙型干擾素為生物樣本、用本團隊研發之CS20S當連結分子,將IFN-γ抗體接在生物晶片上。為使兩種儀器能順利整合,設計一流道機構與生物晶片可同時量測橢偏移相位訊號與電化學阻抗頻譜(EIS)的電阻抗訊號,並用LabVIEW程式控制馬達移動,便於產生不同角度入射光來尋找表面電漿共振角,其相位訊號的校正及量測也用程式來輔助簡化。
本研究的實驗結果顯示電化學與橢偏儀在高濃度(0.5~1 μM )時有一致性,接隨著濃度增加其相位、阻抗也增加,較低的濃度(0.125~0.25 μM )時,電化學可能要考慮等電點(isoelectric point,pI)的影響,因為IFN-γ的pI值是9.61,在pH7.4的緩衝溶液中帶正電,會吸引氧化還原對,而空間障礙會阻止氧化還原對靠近電極,兩種因素互相競爭,造成IFN-γ的濃度在0.125~0.25 μM 時,靜電作用力的效應比空間障礙明顯,使得阻抗隨濃度下降,當濃度提升到0.5~1 μM 時,空間障礙比靜電作用力明顯,阻抗隨濃度上升。而橢偏儀的檢測則不受pI值影響的影響,相位皆隨濃度增加。
zh_TW
dc.description.abstractAbout one third of the world’s population is infected with tuberculosis (TB) bacteria. As the screening technique is still time-consuming and labor-intensive; it is hard to pursue large scale TB screening. With an attempt to alleviate this problem, our team chooses IFN-γ as our target protein so as to pursue a label-free, no rinse step requirement, real-time, and rapid detection technique.
To verify the ellipsometry and interferometry developed by our group before, we executed the measurements of ellipsometry and commercial electrochemical work station CHI simultaneously to detect Interferon gamma (IFN-γ). We also use the linker CS20S developed within the team to bind IFN-γ-Ab onto the biochip. Besides, we designed a flow channel and corresponding chip to integrate ellipsometer and electrochemical detection within the same platform. This platform provides us with an opportunity to measure the phase change of ellipsometry and the electronic signal of Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) simultaneously. To change the angle of the incidence light beam, we used LabVIEW to control the motor so as to identify the proper surface resonance angle. Signal calibration and measurements are also carried out by the LabVIEW program.
The results of this research show the trend of EIS and ellipsometry agree well in most ranges. In higher concentration samples (0.5~1 μM ) measurement cases, the phase and resistance increase when the concentration increases. On the other hand, in measuring lower concentration samples (0.125~0.25 μM ), the EIS signal may be affected by the isoelectric point(pI) value. More specifically, the pI value of IFN-γ is 9.61 and is positive charged in pH 7.2 running buffer. More specifically, IFN-γ is attractive to redox couple in the above-mentioned condition and the steric hindrance may prevent charge carrier from getting closer. The two factors compete with each other, which result electrostatic attraction domination in low concentration so as to make resistance decrease. On the other hand, steric hindrance dominates in high concentration, which makes resistance increase. On the other hand, ellipsometry does not get affected by the pI value so the phase increases with concentrations in both high and low concentrations.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-16T10:55:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013
en
dc.description.tableofcontents致 謝 ii
摘 要 iii
ABSTRACT iv
目 錄 vi
第 1 章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1 電化學式免疫感測器 4
1.2.2 光學感測器 5
1.3 研究動機 8
1.3.1 全球肺結核感染概況 8
1.3.2 潛伏性結核感染的診斷 9
1.3.3 研究 10
第 2 章 電化學基本原理 11
2.1 電化學反應系統 11
2.1.1 法拉第定律 12
2.1.2 電化學反應程序 15
2.1.3 參考電極(reference electrode) 17
2.2 EIS基本原理 19
2.2.1 交流電壓與電流響應 19
2.2.2 等效電路與其元件 20
2.2.3 Randles等效電路 22
第 3 章 橢偏儀基本原理 24
3.1 光學薄膜的特性 24
3.1.1 電磁波 24
3.1.2 單層膜之反射與透射 27
3.2 表面電漿共振子偵測術(surface plasmon detection) 30
3.2.1 表面電漿波(surface plasma wave) 30
3.2.2 表面電漿子共振(surface plasmon resonance) 32
3.2.3 光路設計 34
第 4 章 實驗架設 37
4.1 馬達控制、光強訊號及電化學訊號處理 37
4.1.1 馬達控制與光強訊號處理程式 37
4.1.2 電化學訊號處理 41
4.2 實驗系統機構設計 41
4.2.1 晶片與流道設計 42
4.2.2 其他輔助計構 43
4.3 實驗架設 47
4.3.1 連接分子與生物分子 47
4.3.2 化學試劑與其他溶液 47
4.3.3 晶片表面修飾方法 47
4.3.4 實驗步驟 48
第 5 章 實驗結果與討論 50
5.1 0.5 μM 與1 μM 的實驗結果 50
5.2 0.125 μM 與0.25 μM 的實驗結果 54
5.3 0.125 μM到1 μM的實驗結果 57
5.4 討論 60
第 6 章 結論與未來展望 63
6.1 結論 63
6.2 未來展望 64
參考資料 65
 
圖目錄
圖 1 1 標準的生物感測器基本架構 (A)前端是生物辨識 (B)產生物理或化學訊號 (C)各種換能器,包括電化學、熱學、光學及壓電式 (D)換能器把物理化學訊號轉成電訊號 4
圖 1 2 SPR感測器原理示意圖 6
圖 1 3 多流道可攜式SPR感測器 7
圖 1 4 光纖感測器 8
圖 1 5 WHO估計的結核發病率 9
圖 2 1電荷轉移示意圖 12
圖 2 2電雙層模型。ϕM、ϕ1、ϕ2與ϕS分別代表電極、IHP、OHP和電解質溶液的電位 14
圖 2 3電雙層區域之電位示意圖 14
圖 2 4一般電極反應之路徑 17
圖 2 5三極式系統 18
圖 2 6 (a)交流電壓與響應電流 (b)奈氏圖 19
圖 2 7 電容與歐姆電組的串並聯 22
圖 2 8 Randles等效電路(左上),電雙層電容(左下)、等效電路頻譜奈氏圖(右) 23
圖 3 1 TE偏振 26
圖 3 2 TM偏振 27
圖 3 3 在基板NS上度一層膜厚d,折射率N的薄膜 27
圖 3 4 a、b介面之等效導納 29
圖 3 5 電荷密度在金屬表面上發生集體式電偶極振盪與電場分量示意圖 30
圖 3 6 在金屬與非金屬介面上的表面電漿(以Kretschmann架構為例) 32
圖 3 7 色散關係圖 33
圖 3 8 Otto式架構 34
圖 3 9 Kretschmann式架構 34
圖 3 10 橢圓偏振干涉儀光路架構 36
圖 4 1 尋找SPR角面板 37
圖 4 2 光強及容錯式演算法校正面板 39
圖 4 3 FTA 校正完畢確認 40
圖 4 4 量測面板 40
圖 4 5 ZView阻抗分析軟體 41
圖 4 6 (a)晶片尺寸 (b)晶片實體 42
圖 4 7 流道機構詳細尺寸 43
圖 4 8 (a)組合順序示意圖 (b)實際使用 43
圖 4 9 容器(a)上視圖(b)剖面圖 44
圖 4 10 容器上蓋(a)上視圖 (b)前視圖 44
圖 4 11 實體圖 45
圖 4 12 (a)晶片固定端 (b)單心線固定端 (c)使用方式示意圖 45
圖 4 13 (a)流道固定機構 (b)使用示意圖 46
圖 4 14 CS20S結構 47
圖 4 15 晶片表面修飾步驟 48
圖 4 16 流道架構 48
圖 5 1 0.5 μM 與0.1 μM 之橢偏儀相位訊號 50
圖 5 2 0.125 μM與0.25 μM之ETA局部放大 51
圖 5 3 修正之0.5 μM 與0.1 μM 之橢偏儀相位訊號 51
圖 5 4 0.5 μM 與1 μM 之各點穩態平均相位 52
圖 5 5 0.5 μM 與1 μM 之電化學量測原始數據 53
圖 5 6 0.5 μM 與1 μM 之電化學之Rct 53
圖 5 7 0.125 μM 與0.25 μM 之橢偏儀相位訊號 54
圖 5 8 0.125 μM 與0.25 μM 之各點穩態平均相位 55
圖 5 9 0.125 μM 與0.25 μM 之電化學量測原始數據 56
圖 5 10 0.125 μM 與0.25 μM之電化學之Rct 56
圖 5 11 0.125 μM 到1 μM 之橢偏儀相位訊號 57
圖 5 12 修正之0.125 μM 到1 μM 之橢偏儀相位訊號 57
圖 5 13 0.125 μM 到1 μM 之各點穩態平均相位 58
圖 5 14 0.125 μM 到1 μM 之電化學量測原始數據 59
圖 5 15 0.125 μM 到1 μM 之電化學的Rct 59
圖 5 16 FilmWizard模擬不同入射角的樣本折射率與其相位 61
圖 5 17 ETA阻斷時相位反轉 61
圖 5 18 二極體雷射長時間相位量測圖 62

表目錄
表 2 1 常見參考電極與其參考電位 18
表 2 2 四種等效電路元件 20
表 4 1 試劑流程表 49
dc.language.isozh-TW
dc.title以丙型干擾素檢測來驅動橢圓偏振干涉儀與電化學阻抗分析儀整合之研究zh_TW
dc.titleIntegration of Ellipsometry and Interferometry Measurements and Electrochemical Impedance Spectroscopy based-on Interferon-gamma Detectionen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear101-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee李世元(Shih-Yuan Lee),林啟萬(Chii-Wann Lin),陳奕帆(Yih-Fan Chen),李舒昇(Shu-sheng Lee)
dc.subject.keywordIFN-γ,橢偏儀,EIS,zh_TW
dc.subject.keywordIFN-γ,Ellipsometry and Interferometry,EIS,en
dc.relation.page67
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2013-08-09
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept應用力學研究所zh_TW
顯示於系所單位:應用力學研究所

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