林啟萬臺灣大學：電機工程學研究所邱悅慈Chiu, Yue-TzuYue-TzuChiu2007-11-262018-07-062007-11-262018-07-062007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/53043本研究主要嘗試自行開發透明式微電極陣列(Microelectrode Array,MEA)晶片與量測平台，期能輔以光學量測應用於斑馬魚心肌組織或神經細胞，以及其他生物之電生理訊號觀察。 研究中微電極陣列晶片利用微機電製程技術製作，晶片製作上以玻璃為基底材料，導線層、生物接觸的電極介面層使用透明導電材料-銦錫氧化物(Indium tin oxide)，晶片上佈有64個微電極以8 × 8陣列式排列，微電極大小為40 × 40 μm2; 此外，晶片上亦製作參考電極(Ag/AgCl)以方便生物實驗之量測。 製作完成後之晶片，其電氣特性，直流阻抗為4.69 Kohms、交流阻抗在1 KHz下為427.23 Kohms；而透明度部份，在可見光520 nm波段下穿透率可達約90 %之穿透率。此外，整合於晶片上之參考電極Ag/AgCl經由電化學循環伏安法的測試，驗證亦能提供系統穩定之準位。 另一方面，研究中所設計之量測平台可應映試驗需求以方便拆卸更換感測晶片，且可配合不同的生物電生理訊號量測，量測平台包括晶片電連接夾具、64組類比處理電路和類比轉數位之同步擷取訊號等部份，依序傳輸生物訊號至電腦端，且使用LabVIEW人機介面軟體作訊號即時陣列式顯示以及後續之處理。A transparent micro-electrode array (MEA) chip and measurement platform have been designed and realized for optical recording of bio-potential signals simultaneously. MEMS techniques are applied to fabricate MEA chip on glass substrate, on which the conductive wire is achieved by using transparent conducting metal oxide, Indium Tin Oxide (ITO). The MEA chip has 64 micro-electrodes arranged in 8×8 array format, each with feature size of 40×40μm2 in spatial size. In addition, it also has on chip reference electrode (Ag/AgCl) which can provide stable potential for electrophysiological recording in biological experiments. The measurement platform includes chip holder, 64-channel analog circuits, NI PXI-2530 and NI PXI-5102. A LabVIEW-based graphic user interface is designed for signal processing and display.目錄 口試委員會審定書 致謝 i 中文摘要 ii 英文摘要 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 xi 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究背景 1 1-2-1 生物電現象之簡介 2 1-2-2 文獻回顧 6 1-2-2-1 微電極陣列晶片之製作 6 1-2-2-2 微電極陣列晶片之生醫應用 10 1-3 研究目的與貢獻 12 1-4 論文之架構 13 第二章 透明式微電極陣列晶片之材料備製 15 2-1 晶片設計之特性考量 15 2-2 透明式晶片材料與設備 17 2-2-1 透明式晶片材料之選擇 17 2-2-2 製程設備與方法 18 2-2-2-1 晶片清洗 19 2-2-2-2 光微影術 20 2-2-2-3 物理薄膜沈積 22 2-2-2-4 化學薄膜沈積 23 2-2-2-5 熱處理反應 24 2-2-2-6 光阻剝離法 24 2-2-2-7 參考電極之電鍍備製 25 2-3 透明式導電薄膜之製作討論 26 2-3-1 薄膜形成方式探討 27 2-3-2 退火製程因子 28 2-3-2-1 電性探討 30 2-3-2-2 光通透性探討 33 2-3-3 透明導電薄膜製程之決定 34 第三章 透明式微電極陣列晶片之設計與驗證方法 36 3-1 透明式微電極陣列晶片之製作 36 3-1-1 晶片規格與光罩設計 36 3-1-2 微機電技術整合透明式微電極陣列晶片之製程設計 38 3-2 晶片驗證實驗設計 43 3-2-1 微電極陣列之電性驗證 44 3-2-1-1直流電性驗證 44 3-2-1-2 交流電性驗證 45 3-2-2 微電極陣列之透明度驗證 49 3-2-3 參考電極之功能性驗證 49 第四章 微電極陣列晶片量測系統之設計 52 4-1 晶片電連接夾具製作 53 4-1-1 電連接夾具之設計考量 53 4-1-2 各夾具製作方式比較 54 4-1-3 夾具設計 58 4-2 六十四通道類比電路架設 62 4-3 多通道量測系統驗證試驗之設計 63 第五章 結果與討論 64 5-1 透明式微電極陣列晶片製程探討 64 5-1-1 晶片完成實體 64 5-1-2 各道製程討論 65 5-2 晶片特性驗證 71 5-2-1 微電極直流電阻抗驗證 71 5-2-2 微電極交流電阻抗驗證 73 5-2-3 晶片透明度驗證 76 5-2-4 參考電極特性驗證 77 5-3 微電極陣列晶片之量測系統 82 5-3-1 夾具製作 82 5-3-2 六十四通道類比電路處理 84 5-3-3 量測系統之整合 88 第六章 結論與未來展望 92 6-1 結論 92 6-2 未來展望 93 參考文獻 945451865 bytesapplication/pdfen-US微機電系統製程透明式微電極陣列晶片氧化銦錫參考電極量測平台電生理訊號Micro-Electro-Mechanical SystemTransparent Microelectrode ArrayIndium Tin OxideReference electrodeMeasurement platformElectrophysiological signal.thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/53043/1/ntu-96-R94921055-1.pdf