本 論 文 之 全 血 處 理 微 流 道 晶 片 將 依 據 下 列 文 獻 之 流 道 特 性 進 行 設 計 。 圖 2-2 為結合鞘流與橫向流之被動式分離微流道，以鞘流的方式作為驅動血液的
動力，將血液推向流道的一側，在血液被推向的該側側壁設計橫向流之分離流道結 構，該結構是由極窄的通道口作為分離紅血球與白血球的依據，由於紅血球屬於體 積較小(直徑為 2~6μm)且延展性強的雙凹圓盤狀細胞，故紅血球會通過分離流道的 窄口。相反地，白血球為體積較大(直徑為 6-15μm)之球體形狀細胞，其延展性也不 如紅血球，故白血球無法通過分離流道的窄口，與紅血球分離。圖 2-3 則是說明了 當橫向流的結構與主流道夾 60 度時能有較高的分離效率。最後為了在同一個晶片 上能夠實現同時分離血漿與分離血球的功能，故選擇用微珠將橫向流之分離流道 填充塞滿，以過濾的方式進行血漿分離(圖 2-4)。
圖 2-2 鞘流分離血球示意圖[49]
圖 2-3 60 度夾角之橫向流微流道晶片[50]
圖 2-4 微珠填充流道示意圖[51]
根據以上所述，本論文設計了一能夠同時分離血漿及分離血球之全血處理微 流道晶片(圖 2-5(A))，流道厚度為 25μm，目的為確保血漿分離流道能順利地填充 微珠，分別以全血入口(Whole Blood Inlet(WBI))、緩衝液入口(Buffer Inlet(BI))、血 漿出口(Plasma Outlet(PO))、紅血球出口(RBC Outlet(RO))、白血球捕捉區域(WBC Trapping Zone)，廢液出口(Waste Outlet(WO))所組成。主要以功能分成三個部分，
分別為血漿分離流道、血球分離流道(圖 2-5(B))，以及白血球捕捉區域(圖 2-5(C))。
血漿分離流道是由六個分離流道所組成，並與主流道夾 60 度角，流道入口寬度為 3μm，流道之寬度為 23.5μm，六個流道在距離流道入口 100μm 的地方合併成單一 個流道，並在距離流道出口 100μm 的地方再次分為六個流道，寬度為 240μm，此 設計之目的是為了讓尺寸大小為10μm 之微珠能夠順利的填充流道。血球分離流道 則是由四個ㄑ字型流道組成，與主流道夾 60 度角，流道入口寬度為 3μm，流道之 寬度為23.5μm。
最後，白血球捕捉區域分成兩種捕捉流道設計，一種為之字形捕捉區域(圖 2-5)，另一種為圓形捕捉區域(圖 2-6)。之字形捕捉區域分成過濾以及捕捉兩個區 域，在上方的過濾區域是用來阻擋來自血液中非血球之之大型雜物，以 5 列 10μm×100μm 之長條形結構交錯排列而成，從上到下每列間距為 40、35、30、25、
20μm；捕捉區域則是由三角形微柱與長條形微柱交錯排列而成之之字形陣列結構，
三角形微柱之邊長為 30μm，長條形邊長為 50μm×10μm，三角形微柱與三角形微 柱之間距為 30μm，長條形微柱與長條形微柱之間距為 10μm，每一三角形微柱位 於兩長條形微柱中間，並與長條形微柱垂直間距為2.5μm。以一個三角形微柱及一 個長條形微柱為一組捕捉單位，每一列有 29 組，列與列之間距為 50μm，共 48 列。
假設一個捕捉單位能抓兩顆細胞，整個之字形捕捉流道能抓大約 3000 顆白血球。
圖 2-5 之字形捕捉微流道設計示意圖。(A) 之字形捕捉微流道示意圖(B)血漿分 離流道及血球分離流道示意圖 (C) 之字形捕捉流道之捕捉微柱影像
圓形捕捉區域則是由十圈圓形微柱陣列所組成，每圈微柱陣列皆有一較大之 間距出口，以降低每圈微柱陣列被白血球完全堵死的機率。每一圓形微柱直徑為 30μm，間距由內圈到外圈以 10μm 到 2.5μm 平均遞減，此外，圓形捕捉流道以內 圈三圈、中間三圈、外圈四圈分成三個捕捉區域以利白血球的計數。
圖 2-6 圓形捕捉微流道設計示意圖。(A)圓形捕捉微流道示意圖(B)圓形捕捉流 道之捕捉微柱影像
第 3 章 實驗流程
本章節首先將說明本論文之微流道的製作步驟，包含了以矽晶圓製作微流道 模具之光微影製程，以及後續以 PDMS 翻模微流道晶片之軟微影製程。此外，將 說明血液樣本之前處理、血漿分離微流道之微珠填充，最後則是以微流道進行大小 微珠分離、血漿分離、血球分離的實驗架設流程。