2-4-1 光激發
2000 年 Rosario 等人[58]利用會因照光導致分子極性轉換的疏水高分 子 Spiropyran monolayer，製作 Spiropyran 疏水層的製程也相當複雜。在照 射紫外光後，表面親疏水性產生改變，圖 2.18。若使用可見光照射時，即 可回復到疏水表面，達到親疏水性的轉換。
圖 2.18 Spiropyran 經照光後的極性轉換。
2002年 Wu等人[59]，以光能驅動的方式來操控液滴，利用光導體 (photoconductor)被特定波長的光照射後可由半導體轉變為導體的特性，達 到驅動介電質上的電溼潤效應，造成材料親疏水性的改變，稱為光介電溼 潤(opto-electrowetting)。如圖2.19，當照光時光導體由半導體轉變為導體，
使介電層產生電溼潤效應，改變接觸角。
圖2.19 (a)光介電溼潤結構示意圖，
(b) 因照光強度造成接觸角的改變[55]。
2003 年 Wu 等人[60] [61]利用光線達成液滴的產生、傳送、分離與結 合的四種操控。此種系統需外加精密光學儀器，未來不易發展為可攜性實 驗室晶片。
(a) (b)
2-4-2 熱驅動
表面張力是一種熱力學的性質，它是溫度的函數。一般而言，液、氣 介面的表面張力會隨著溫度的增加而減少，因加熱造成分子內部擾動增加，
分子間吸引力會降低，使得液體之表面張力減小，以一大氣壓下的液態水 為例，當溫度從 0℃變化到 100℃時，其表面張力約從 0.076N/m 減小到 0.059N/m。熱驅動即是利用此一原理，使用微加熱器造成液體有溫度的梯 度，因此也就產生了表面張力的梯度，藉此驅動液體流動。2003 年 Darhuber 等人[62]利用加熱可減少液滴的表面張力，使液滴隨著基板加熱器設計分佈 產生移動現象， [63-65]同樣利用熱驅動來操控液滴。熱驅動的裝置由於必 須產生大溫差才可以驅動液滴，很有可能因加熱溫度過高而導致液滴的蒸 發甚至到達沸騰，對於生物檢體上容易造成破壞會有高能量損耗以及流速 慢等問題。
圖2.20 PDMS液滴在熱電阻R=1.2kΩ移動顯示圖。
(a)t = 0, (b) 44, (c) 88 (d) 132s[62]。
2-4-3 電溼潤(Electrowetting)
大約在一百年前，Lippmann 發現當外加電荷時，可以藉由改變液固 間表面張力造成液滴接觸角的改變。當在固體和液體之間施加一外加電壓 時，電荷和電偶極會重新分配升高了固體的表面能量，使得固體會傾向和 水接觸來降低表面能，造成溼潤性的增加。
圖 2.21 電溼潤的原理 (a)未施加電壓時的電荷分布，
(b)外加電壓時的電荷分布情形[66] 。
當施加電壓時，電極和電解質溶液，可產生一個可極化的介面，同性電荷 累積，形成一排列緊密的電雙層，或稱為 Helmholtz 電容。根據電位能和表 面能的帄衡，外加電壓和 SL 的關係可由 Lippmanns’ Equation 表示：
公式 公式中 sl(V)為通電時液固間表面張力， Sl為起始之液固間表面張力。電溼 潤在應用時由於液滴和電極直接接觸，所以施加電壓時很容易造成液滴的 電解，限制了施加電壓的上限值。並且須採用可與基材介面產生極化的液 體，也限制的液體的選擇性。
2-4-4 介電溼潤(Electrowetting on Dielectric)
到 2002 年科學家發現可在電極和液體之間加入一層絕緣的介電層，因 為避免了水滴和電極的直接接觸，因此可以有效的降低水解現象。當外加 電壓時，電荷改變介電層的表面自由能，導致表面親疏水性和液滴接觸角 的改變，此現象稱為介電溼潤“Electrowetting on Dielectric”(EWOD)，和傳統 直接使用金屬表面電極做為區分。
圖 2.22 介電溼潤的原理，
(a)未施加電壓 (b)施加電壓時的電荷分布。[66]
當外加電壓改變了介面間的能量，會因為能量守恆的概念由 Lippmann Equation 表示：
公式
為施加電壓時的固液介面的表面張力，V 為施加電壓值，C 為介 電層單位面積的電容值(F/m2) 。
接著將 Young's equation 帶入 Lippmann’s equation 中，可得到電壓和
其中上標 E 為通有電場的情形下，fs和 rm分別為 Cassie 和 Wenzel 模型的粗 糙因子，在傳統介電溼潤公式中加上粗糙因子參數，對介電溼潤產生放大 的效果。
介電溼潤在液體介面的電荷是靠感應電荷產生的，所以在液體選擇上，
沒有任何限制，不需考慮介面間的極化現象，並且可選用疏水性的介電層，
增加起始接觸角，使得介電溼潤時接觸角的變化範圍增加。Lee 等人[69]針 對電溼潤現象進行實驗研究，施加電壓於介電層與疏水層上之液滴，應證 介電溼潤現象是一種具有可逆性，可反覆操作的反應。
介電溼潤僅需施加電壓即可進行流體的控制，除電路外並不需要外加 任何設備，控制方式簡單、且液滴變動速度快，易於開發至可攜式系統。
因此本實驗採用此方式進行 AAO 因能量轉換的親疏水性研究。