無電極式介電泳晶片

為 了 改 良 電 極 式 介 電 泳 晶 片 的 缺 點 ， 於 是 有 無 鍍 微 型 電 極 的 晶 片 (electrodeless dielectrophoresis, EDEP)的產生，其也可簡稱「無電極式介 電泳晶片」所示，介電泳的產生主要是透過產生強弱電場的電場梯度來達到分離 的效果，在溶液中藉由介電粒子和溶液的極化能力差異來進行分離，傳統金屬電

極介電泳晶片在實驗過程中受限於操作電壓的大小與頻率的範圍，常造成高電場 電極的損壞造成晶片毀損、懸浮液中氣泡產生也會影響檢測效果[8]，另外電極 所產生的焦耳熱和低頻的電滲流現象發生，造成液體的擾流，也會干擾到介電泳 力的形成，進而影響分離效果與應用範圍[9]，這些都是傳統金屬式電極介電泳 晶片的缺點。

因此 EDEP 晶片將可改良這些缺點，此晶片主要透過結構的設計來產生高低 不同的電場，可利用玻璃或高分子材料當作材質，EDEP 晶片主要是利用在微流道 中的利用不同微結構製作出壓縮的空間(如圖 1-4)，在施加電場的狀態下，在結 構壓縮部分可得到高的電場梯度，因此在微結構壓縮部分有強電場的分佈，而結 構的外圍則為較弱電場分佈[10]，主要利用結構創造一個非均勻電場，跟以往傳 統由電極式介電泳晶片來產生非均勻電場，有很大的差異，但也必需產生足夠大 的電場才有介電泳效應，有文獻指出，當電場強度達 10⁶~10⁷ V/m 時，才能進行 微粒子操控的介電泳現象[11]，亦即，粒子必須在足夠大的電場作用才能誘導產 生極化，因此要有適合的結構設計，來創造一個明顯的電場梯度，因為介電泳分 離是靠著明顯的電場梯度來移動，同時也必需配合高電壓的施加，在結構上累積 電荷產生足夠大的電場，因此 EDEP 晶片除了結構的設計，仍需考慮 電場強度 和電場梯度，如此才能使粒子受到極化產生和電極式介電泳晶片同樣的分離效 果。

圖1-4不同形狀與不同角度的障礙物周圍與管道內產生非均勻電場分佈[10]

利用結構創造一個非均勻電場，跟以往傳統由電極式介電泳晶片，來產生非 均勻電場，有很大的差異。2002年時，Chou等[12]在微管道設計陣列式的梯形結 構，由於彼此梯形結構相對的關係，會在結構和結構間隔部分產生很高的壓縮電 場，透過低頻且高電壓下，可使 DNA 分子濃縮在高電場區域(如圖1-5)。2003年 時，Chou 等[13]提出相關研究，運用在一對三角形結緣尖端結構的設計下，利 用三角形結構的壓縮效果，在壓縮的空間產生足夠大的電場，可以進行生物樣本 的E-coli 濃縮和增加 DNA 雜交的多功能效果(如圖1-6)。

圖1-5 EDEP利用梯形結構濃縮生物樣品[12]

圖1-6 EDEP利用三角形結構濃縮生物樣品[13]

E.B. Cummings 團隊[14-17]做了一系列有關無電極之介電泳晶片，在玻璃 微管道之下，製作出圓柱形和長方形微陣列的晶片，利用直流電場施加於幾何陣 列中，使得細菌與病毒聚集在弱電場區域，再配合捕捉每種細菌的電壓不同，而 在適當的電場下，分離出活性/非活性的大腸桿菌(如圖1-7)。

圖1-7無電極式利用微圓柱分離出活性/非活性細胞[15]