清華大學動力機械工程學系學位論文
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在全球，癌症一直是致死的主要原因。過去，免疫療法是治療特定類型癌症的 關鍵。探索更新類型的免疫療法將對未來癌症的治療方式產生影響，免疫療法 包括多種治療方式，有些使用補充劑在廣義上增強了身體的免疫系統，或是幫 助調節免疫系統以特別攻擊癌細胞。免疫系統記憶了在體內發現的所有化學物 質，一旦免疫系統識別到任何新物質都會觸發警報，促使免疫系統對其進行攻 擊。然而，免疫系統難以輕易攻擊癌細胞，這是因為癌症即是體內細胞發生突 變並開始不受控制地生長，所以癌細胞通常不被免疫系統識別為外來細胞。因 此，免疫系統自身對抗癌症的能力是有限的，導致許多免疫系統健康的人仍然 會患上癌症。有時，免疫系統不會將癌細胞識別為外來細胞，因為它們與正常 細胞的區別不夠明顯;有時，免疫系統會識別癌細胞，但反應不足以根除癌細胞。 為了解決這個問題，研究人員發現了許多增強免疫系統反應的方法，使其能夠 消除癌症細胞，在眾多方法中，細胞融合作為癌症免疫治療的方法引起了研究 人員的興趣，而微流體技術在實現融合細胞上發揮了關鍵作用。基於微流體晶 片讓研究人員能對細胞進行精確操作，從而實現細胞的一對一配對，在電極之 間施加電場來融合細胞，並能將融合的細胞取出進行更近一步的實驗。 此篇論文提出了一種能用於高流量細胞操作的微流體介電泳實驗室晶片。利用 聚二甲基矽氧烷 (PDMS)，一種不導電的聚合物作為絕緣體。利用剝離技術在 ITO 基板上形成具有大量孔洞排列的PDMS薄膜。施加交流電場後，PDMS 薄膜 會在兩個 ITO 玻璃之間產生介電泳力所需的空間不均勻性，絕緣結構在 iDEP 器 件中產生電場梯度使得非均勻場充滿整個體介質，而 ITO 的透明特性使其成為 光學量化的理想選擇。該晶片的優勢是僅經由調整三個參數進行優化以適應任 何細胞大小:PDMS 厚度、微孔直徑和電場。此種微流控晶片解決了一些缺點， 例如 (i) 晶片處理:此研究晶片在操作過程中易於處理，因為只有一個入口和一 個出口，(ii) 高吞吐量:此研究晶片可以擴展用以融合更多細胞數量 ，(iii) 複雜 性:晶片的可訪問性設計使細胞配對和融合過程更容易，(iv) 兼容性:此研究 晶片可以根據所需的細胞類型進行修改。我們建立了CT26 和 BMDC 之間的細 胞模式和融合。在精確配對的細胞中，我們實現了高達 70%(3000-3500 個細胞) 的融合效率。四天後，對融合細胞進行細胞活力調查，以評估此研究晶片是否 具有生物相容性且不受暴露電場的影響，我們觀察到了 60%(1800-2200 個細胞) 的活細胞。此外，我們從細胞生物學的角度研究了融合細胞的特徵，包括來自 CT26 和 BMDC 的組合熒光標記細胞內成分、混合細胞形態。
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本研究藉由柱狀磁導引結構用以增強磁組感測器之出平面方向感測能力。當柱狀磁導引結構整合於異向性磁阻旁時，會因為鎳柱底端磁力線發散的特性，可以成功導引出平面的磁力線於同平面。因此，本研究提出新型香菇頭形狀鎳柱的磁導引結構，進一步增加出平面磁場的吸收量，進而增大轉移到異向性磁阻的磁通量，使其提高出平面靈敏度。本文提出新型香菇頭形狀磁導引結構整合於異向性磁阻旁的磁感測元件，並對異向性磁阻元件、整合柱狀結構於異向性磁阻以及整合香菇頭結構於異向性磁阻等三種不同元件，進行電阻變化率對同平面磁場和出平面磁場的比較。三者對於出平面方向磁場量測，在磁場強度140Gauss以前，所得的電阻變化率分別為0.06%、0.02%以及0.008%。同時，量測同平面的難軸的磁場，在磁場強度30Gauss以前，三者的電阻變化率分別為0.15%、0.13%以及0.1%。使用香菇頭形狀作為磁導引結構之元件與不具備磁導引結構的異向性磁阻，在出平面方向與同平面方向分別有7.5倍與1.3倍的靈敏度提升。
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近年來隨著自然資源的日漸枯竭，能源議題變得格外重要，而提升熱交換器的效率能夠減少能源的損耗，其中又以安裝擾流器以提升熱交換器的熱性能表現(Thermal Performance Factor,簡稱TPF)為最有效率方法之一。本研究提出新型的機翼形擾流器 (Airfoil-Shaped turbulator) 來提升正方形雙通道的TPF，並使用質點影像測速儀 (Particle Image Velocimetry, 簡稱PIV)、紅外線熱像儀 (Infrared Thermography, 簡稱IRT)和壓力傳感器來量測其在通道內的流場結構，局部溫度分佈和壓力損失的影響。 機翼形擾流器採用3D列印的技術進行製造，研究的參數包括外形(A、B)、攻角 (α = 15˚、20˚、25˚)、相對厚度 (t/C = 0.15、0.20、0.25、0.30)與離壁間距 (g/t = 0.18、0.27、0.36、0.54)。本研究於雷諾數範圍(Re = 10000)進行流場實驗，5000 ≤ Re ≤ 20000進行熱傳實驗。從PIV實驗中可以看出，機翼形擾流器在近壁面流場形成側向速度，導引流體至側壁，進一步在二次流流場產生一對渦漩結構，把核心流體帶往上下加熱壁面，再經過多個擾流器後，提升渦漩的強度與擴大渦漩的範圍，形成熱傳增益。透過IRT實驗可以看出，在外型A、t/C=0.20、g/t=0.36條件下，紐賽數比和摩擦係數比隨著α提升而提升。在外型A、α = 20˚、g/t=0.36條件下，紐賽數比隨著t/C的提升而有明顯的上升或下降。在外型A、α = 20˚、t/C=0.20條件下，紐賽數比隨著g/t先上升後下降。透過觀察及變化趨勢，外型B、α = 20˚、t/C = 0.20、g/t = 0.27為本研究的最優化設計，於5000 ≤ Re ≤ 20000分別為5.25-3.87與28.2-26.9。與前人最佳擾流器相比，在彎道區域內紐賽數比平均提升5.5%，摩擦係數比降低13.5-10.2%，因此在7 ≤ 摩擦係數比 ≤ 80，TPF優於先前其他文獻，即TPF = 1.72。進一步探討流力因子與側向平均紐賽數比的分析後，發現側向速度，縱向速度，渦度與側向平均紐賽數比具有中高度相關，相關係數分別為R = 0.63、0.85與0.77。最後，本研究彙整前人文獻，包括平滑管道、百葉窗形擾流器、機翼形擾流器，與本研究數據，提出熱傳經驗公式能夠廣泛應用於雙通道內。
本文將於2024/10/05開放下載。若您希望在開放下載時收到通知，可將文章加入收藏。
本文將於2026/09/27開放下載。若您希望在開放下載時收到通知，可將文章加入收藏。