聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，又稱防彈膠，無色透明，耐熱，抗衝擊，阻燃，在普通使用溫度 內都有良好的機械性能。同性能接近PMMA 相比，PC 的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好，是 日常常見的一種材料。加上價格便宜容易取得、製造簡易，具備量好的加工性質，目前一直都被廣泛 使用，故本計畫將採用PC 來作為生物可拋棄式晶片的基材，以增加量產商業化的可能性。由於一般 生物晶片多為流體晶片，所以首先必須在PC 基版上做出流道，而做流道的技術，目前能達到奈米尺 寸的微影(Lithography)技術有：電子束(E-beam)微影、離子束(Ion-beam)微影、極紫外光(EUV)微影及 奈米壓印(Nanoimprint)微影[18]。其中奈米轉印技術不受光學繞射極限之限制且具有解析度高、速度 快、以及成本低廉等特色，因此應用領域相當廣泛。在2002 年 MNE(micro- and nano-engineering)研討 會上，以奈米壓印微影技術發展成果最為顯著，2003 年二月，Technology Review 報導指出「奈米壓 印微影技術將改變世界的十大新興技術」之一[19]。根據文獻目前奈米壓印微影技術已可製作出 5 奈 米之線寬，大幅提高了製作奈米元件的可行性[20]。雖然如此，在奈米尺度下操作熱壓印仍有許多困 難，不過本計畫生物晶片的線寬預計在0.5 mm 左右，將可以有相當高的良率。
壓印微影製程主要利用事先已設計好圖案之母模(Mold)，藉施加壓力方式將母模壓入阻劑中，使 阻劑產生預期圖案，此技術可製作線寬50 nm 以下的奈米結構，具有高解析度，大量生產及低成本之 潛力[21]。其中阻劑定型有兩種方式：一為美國普林斯頓大學 Stephen Y. Chou 教授[22]使用 PMMA 或 PS 阻劑，藉加熱方式使阻劑到達玻璃轉換溫度(Tg)，當母模與阻劑完全密合後再降溫使阻劑凝固，最 後再將母模與阻劑分離。壓印微影術之優勢為使阻劑產生相同圖案之重複率極高，且製作圖案快速、
簡易、低成本。然而，面對完整的微奈米結構複製及量產技術的挑戰，壓印機台之平行度與均壓性、
溫度與週期時間之控制；壓印模具之製作、壽命與脫模機制；壓印阻劑材料；與現有製程搭配等相關 的技術都是環環相扣的。奈米轉印技術發展至今已屆十年之久，根據文獻資訊以及技術發展趨勢，目 前可歸納為三大主流技術：（1）熱壓成形奈米壓印（Hot embossing Nanoimprint Lithography，HE-NIL）；
（2）紫外光硬化成形奈米轉印（UV-curing Nanoimprint Lithography，UV-NIL）；（3）軟微影技術（Soft Lithography）。這三大主流技術雖然製程方法皆不相同，但主要皆源自於模具輔助（Mold-Assisted）
的轉印概念，技術發展至今各擅其長，各有其適當發揮的應用領域。本研究將採用熱壓成形來進行
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DNA 萃取晶片流道的製作。設計圖案如 Figure 3.1 所示，由於線寬設計約 0.5mm 屬於大尺寸線寬，
在母模上塗上脫膜劑，即可進行熱壓印步驟，利用不同的溫度與壓力變化將母模的圖形轉印到PC 上，
並找出最佳製程條件。
由於LDHs 一般被用於藥物釋放上，由於中心帶電的結構，可以與 DNA 進行離子交換，藉此把 DNA 夾於其雙層結構中，所以本年度的實驗主要著重在 LHDs 的固定。PC 基板由於價格便宜，被選 為拋棄式晶片的最佳材料，本計畫預計選用分子量10000~50000 之間的 PC 基版進行測試，由於 LDHs 為無機物所組成，在表面性質上應該屬於親水性質，故實驗目標預計將PC 基板的表面轉變為親水性 質，但目前的PMMA 基板表面都十分光滑，不易將 LDHs 固定在上面，將 PC 基板直接浸入四氫呋喃
（Tetrahydrofuran，THF）溶劑中，藉此來澎潤 PC 基板表面的高分子末端基，來增加 PC 基板表面的 粗糙度，使得LDHs 可以被 PC 高分子末端基所纏繞，藉此固定 LDHs 於 PC 上，而由於 PC 末端基為 疏水性質，若要加強 LDHs 與 PC 高分子鏈的作用力，則必須把 PC 末端基改變為親水性質，並增加 其靜電力，使得LDHs 會牢固的吸附於 PC 基板的表面，而能夠符合這樣的製程以氧電漿為主，所謂 電漿處理，主要是利用電漿(Plasma)，而非濕式的溶液來對薄膜進行表面處理的一種技術，其主要優 點是蝕刻為非等向性，亦即垂直方向的速率遠大於橫向的速率，要在PC 表面形成親水性質以及靜電 性，故採用氧電漿來對PC 進行表面處理，整個 LDHs 固定化流程如 Figure 3.2 所示，其中 A：將 PC 基板浸泡於THF 溶劑中，依照不同浸泡時間利用 AFM 觀察 PC 表面基板粗糙度的變化，以找出最佳 浸泡時間，此時 PC 的末端分子鏈會浮出表面而造成粗糙度的變化。B：利用氧電漿處理表面。由於 浮出的PC 末端分子鏈主要以疏水性為主，利用氧電漿處理把 PC 末端分子鏈轉變成親水性質。C：將 不同濃度的LDHs 直接塗佈在 PC 的表面上，而由於 LDHs 不會分散在水溶液中，預估會在 PC 表面 上形成聚集的現象，而若加入分散劑則可能影響LDHs 的帶電性質，故選擇不用分散劑來當 LDHs 的 溶液，最後將殘留沒有固定住的LDHs 用水清洗去除。D：將大腸桿菌與人的血液混合，並加入可以 溶解細胞膜的試劑，並將樣品塗佈於PC 基板上，再利用清水洗淨表面，由於需要測試 LDHs 對於 DNA 的吸附條件，在本階段實驗以平面PC 基板為主，等找出最佳條件，即可進行晶片的製造。E：將 PC 基板浸泡於微酸溶液（PH=4~5），把 LDHs 溶解，並釋出所有 DNA。由於收集到的 DNA 溶液濃度非 常低，因為主要設計此晶片可以由一滴血液就可以進行偵測，所以收集而到的DNA 必須經過聚合脢 連鎖反應（Polymerase Chain Reaction，PCR）反應，PCR 就是利用酵素對特定基因做體外或試管內 (In Vitro) 的大量合成。基本上它是利用ＤＮＡ的合成酵素進行專一性的連鎖複製.目前常用的技術,可以 將一段基因複製為原來的一百億至一千億倍。PCR 主要分成三個步驟，步驟一 Denaturation:雙股的
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DNA 經加熱後成為單股的 DNA 。步驟二 Annealing of primers：單股的 DNA 被 Primers 經 Annealing 的步驟而連接於各別股的一端。步驟三Extension of primers：Primers 經 extension 的步驟依箭頭的方 向進行延長合成反應。經由A,B,C 三個步驟後，一份的雙股 DNA 就變成兩份的雙股 DNA，如此的周 期一再重覆就會使得原來的特定DNA 得以連鎖複製。本次實驗由於採用大腸桿菌做為標的，所以選 用 大 腸 桿 菌 的 forward 與 reverse primer 序 列 來 進 行 PCR 放 大 反 應 ， 其 分 別 為 5A-CAGGATTAGATACCCTGGTAG-3A 與 5A-TTCCCCTACGGTTACCTTGTT-3A。經過 PCR 程序之 後，則需要利用電泳（electrophoresis, EP）來分析是否有獲得大腸桿菌的 DNA，而核酸電泳主要利用 核酸帶負電荷的特性，於電場中會穿過膠體，膠體電泳可分析小至數個核苷酸，大至百萬個核苷酸的 染色體DNA，但它也有一定範圍的解析力，並不是一片膠體就可分析各種大小的 DNA 片段，故要得 到好的解析力，必須要探討膠體電泳的解析範圍。
由於前述的晶片主要由兩層PC 基板所黏合在一起來產生流道，利用熱壓印製造出的第一層與第 二層結構，將層狀雙層氫氧化物(layered double hydroxide，LDH)固定於中間流道的位置。製做全高分 子微流通道結構最困難的地方在於結合技術，接合技術的好壞不但影響流體樣本的污染、密封性等 等，而且微流通道的截面在接合的過程中往往很容易變形。
為使高分子與高分子結合，一般需使用高溫熔接或接合劑的方式來達成接合的目的，但是由日本 東京大學須賀唯知(Tadatomo Suga)教授所提出的「常溫接合」觀念，則是「只要讓物質接觸，即可接 合物質」。這是由於接合表面間之結合力會因為接合表面的潔淨和粗糙程度而有所影響，當適當的控 制奈米等級接合界面(Nano-Scale Bonding Interface)，並增進接觸面的表面活性時，可以增進接觸表面 的結合能力，達成接合。經由控制奈米級表面粗糙度後，利用表面電漿活化方式進行高密度低溫接合，
將可得到高精度、高可靠度的接合效果。本實驗採用Ar 電漿進行第一層與第二層 PMMA 基板接合，
將上層與下層PMMA 基板直接暴露在 Ar 電漿下，並且將兩片基板貼合，並施加壓力，使得兩片基板 能夠黏合在一起，利用電漿接合的方式最為乾淨，晶片也不會受到溶劑或黏著劑的污染。如此即可完 成生物萃取晶片。
本實驗所採用的流體動力將使用micro pump 來驅使流道內的流體流動，micro pump 有增壓與減 壓功能，可使得流體在流道中可以前進與後退，以期找出最佳萃取濃度。樣本以人類血液為主，而加 入不同濃度的大腸桿菌，預計瞭解萃取晶片所能夠擷取到大腸桿菌DNA 的最低濃度，用以作為偵測 血液中病菌的指標。由於人體血液中有白血球、紅血球與血小板，其中紅血球會擾亂 PCR 的放大反 應，所以一般萃取DNA 需要有十分繁瑣的步驟來將血紅素去除，也是目前發展生物晶片的瓶頸，本
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晶片由於利用LDHs 來擷取 DNA 資訊，並利用流體流動來帶走干擾的訊號，以期達到微萃取的目的，
而且經由一滴血即可檢測，改善以往則需要大量血液以及時間才能夠獲得DNA 的資訊。
本計畫主要順序分為三個階段，第一個階段為PC 晶片的設計與製造，第二階段為將 LDHs 固定 於 PMMA 基板上，第三階段則完成整個生物萃取晶片的組裝並進行測試，預計將生物萃取晶片製造 出來。
2.預計可能遭遇之困難及解決途徑
（一）PC 由於其玻璃轉移溫度在 135°C，比起 PMMA 有較高的熱穩定性，但由於其熱壓溫度必須上 升到150°C，相對的也增加熱壓式轉印上的困難。
（二）由於本計畫將使用拉力機來代替奈米轉印機，所以預計將PC 流體晶片的流道寬度大約設計在 500-1000 m 左右，以利熱壓印的製程，且樣品為水溶液，所以會有很大的表面張力，在微 pump
（二）由於本計畫將使用拉力機來代替奈米轉印機，所以預計將PC 流體晶片的流道寬度大約設計在 500-1000 m 左右，以利熱壓印的製程，且樣品為水溶液，所以會有很大的表面張力，在微 pump