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電壓誘導溶血應用於血糖量測系統之血球容積比誤差補償校正

血球容積比(Hematocrit，Hct)為一種手術和臨床診斷的關鍵判定參數，於全血領域的生物感測器上，也會高度影響血液分析裝置的分析結果。因此，本研究在網印碳電極（Screen-Printed Carbon Electrode，SPCE）的基礎上開發了一種準確且快速的Hct測定方法，藉由此新發展的檢測技術，量測系統無需新增額外的設備或量測平台，只要調整輸出的電位及建構相對應的演算法，即可將Hct對於生物感測器的干擾排除，將來還可以應用於各種全血量測的拋棄式電化學感測系統上。首先在Hct量測的研究開發上，採用電壓誘發溶血的方式，在鐵氰化物塗覆的電極上施加3.0V的直流電壓，造成電極表面的血球破裂並釋放血紅蛋白，血紅蛋白自發性地將鐵氰化物還原為亞鐵氰化物，再藉由電極氧化亞鐵氰化物獲得氧化電流量來估算Hct。線性掃描伏安法，可以在5s內測定10%至70％的Hct（r2 = 0.9907），若採用計時電流安培法於電壓在3.0 V的條件下，即可在0.8s 內完成Hct量測（r2 = 0.9833）。 更進一步，結合上述Hct的檢測方式，導入應用於一次性葡萄糖感測器的開發可以獲得準確和快速的血糖數值。這項研究的目的是開發一種補償Hct的方法，提高葡萄糖計算的準確度，使Hct對葡萄糖量測的干擾極小化。傳統上量測葡萄糖濃度的量測平均偏差與Hct呈線性相關，從Hct 9％到Hct 70％，對應的量測偏差分別從40％變化到-50％，所以，單一電壓的計時電流安培法量測葡萄糖濃度具有很高的Hct依賴性（R2 = 0.992）。本研究結果發現，3.2V的額外一組電位不僅可用於Hct檢測，而且還可用於補償Hct所造成的葡萄糖量測干擾，導入此補償邏輯後，葡萄糖量測的偏差(Bias)不再受Hct這個參數影響（R2 = 0.0705），並能夠在Hct 10％〜70％的範圍內進行量測，量測偏差控制在±10％內，此結果與傳統的計時電流法相比，大大的提高了全血葡萄糖量測的準確度。

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新型星輪爬樓梯機之研製

台灣老年人口比率在10年內將高達 20.1％，高齡化社會成為台灣即將面對的問題。2010年全台無電梯之舊式公寓高達總住宅公寓43%，上下樓是住在舊式公寓老年人的一大障礙，爬樓梯機的需求將越來越高，然而市售爬梯機仍然存在許多問題，例如振動大、乘坐傾斜度大，體積龐大不易搬運等。本研究嘗試解決這些問題，希望研發創新的爬梯機構，幫助住在無電梯公寓的老年人或行動不便者。 本研究首先訂定設計目標、需求，詳讀相關文獻，分析目前市場上的爬梯機，找出適合的機構，再利用繪圖軟體Solidworks繪製3D模型，經過材料力學分析以及動態模擬分析，完成爬梯機構設計。最後實際製作出新型星輪爬梯機。本機長49公分，寬72公分，高142公分，重量為32公斤。本機特色包括:(1)乘客可站立且面對樓梯上下樓，可降低懼怕感，並讓操作者隨時注意乘客的身心狀況;(2)改善星輪接觸樓梯瞬間產生的撞擊振動，經由動態模擬顯示，能將產生震動的加速度0.3g降低為0.1g;(3)可移動的踏板和平衡系統，可使乘客保持站立姿態，動態測試結果，踏板角度變化範圍在10°~15°，可增加安全性;(4)摺疊時尺寸長43公分，寬72公分，高75公分，可以放在一般小客車後車廂，便於運輸。本爬梯機不僅在便利性及創新上有所突破，更大幅提升安全性，相較於市面上的爬梯機產生更大的價值。

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燈具高低調整與風機尾翼設計應用於植物工廠

本研究旨在探討燈具高低調整與風機尾翼設計應用於植物工廠之效果，以期改善環控農業長期以來一直為人詬病的操作成本過高的問題，在不犧牲人工光源光場品質的同時，提升人工光源之利用率，達到節能之目的。研究中將嘗試以加裝反光片的方式來提高光源反射率，增加植株接收到光的比例，以及以高低可調式燈具隨株高自動調整光源高度，將光源做更有效的利用。實驗結果顯示，人工光源距離影響光場強度甚鉅，在無加裝反光片下，當人工光源距離由30 cm 下降至10 cm 時，光量由23.46 提升到了40.83

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高固形物豬糞厭氧消化與共消化之探討

以厭氧消化將生質物轉換成替代能源 – 甲烷，在過去己有很好的發展，而高溫厭氧消化也已證實能有效地提高產氣量並且可以操作在更高的有機負荷率。此外，為了產製更多的甲烷，將含碳量較高的生質廢棄物和含氮量較高的畜糞進行共消化，也成為目前研究的重點。 本研究包含單一料源及共消化兩個實驗，第一個實驗是以總固形物濃度5%的豬糞為進流，探討在不同的水力停留時間(HRT 15、10、5天)和不同溫度(55C和37C)下，出流水質(總固形物、揮發性固形物和化學需氧量)和甲烷產率的變化(試驗1 ~ 6)。第二個實驗則以總固形物濃度同為8%的豬糞和葉菜廢棄物混合進流進行共消化，HRT及溫度分別固定在5天和55C，探討在不同的豬糞與葉菜廢棄物混和比(豬糞:葉菜廢棄物為1:0、1:3、1:2、1:1、0:1)其出流水質和甲烷產率的變化(試驗7 ~ 12)。 結果顯示實驗一豬糞厭氧消化在試驗T3，HRT 5天、溫度55C時，有最佳的氣體產率和甲烷產率，分別為2.33 L/L/d及1.34 L CH4/L/d，甲烷含量則為57.36%。 實驗二豬糞與葉菜廢棄物高溫厭氧共消化的結果，有摻合葉菜廢棄物的試驗中，以試驗T9，豬糞與葉菜廢棄物混合比為3:1時，有最佳的氣體產率、甲烷產率和甲烷含量，分別為1.89 L/L/d、1.07 L CH4/L/d及56.64%，TS、VS、COD的去除率皆在30%以上。 以上的實驗結果證實以高固形物含量的豬糞為單一料源，以及與葉菜廢棄物進行高溫厭氧共消化都具可行性並可達到極佳的產氣效果。

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表面電漿元件之模擬與應用

本文中提出了一種具備奈米環狀諧振器的「金屬-絕緣體-金屬」（Metal-insulator-metal, MIM）電漿波導的新型光學波長解多工器。將其傳輸特性採用有限元素法（Finite element method, FEM）進行數值模擬研究，並透過理論計算環狀諧振器的特徵波長。針對本文所提出的結構，研究發現環狀諧振器的兩個不同高階模式諧振透射率峰值的比率，分別係接近1310nm及1550nm兩個通訊波長比例。因此，透過改變環狀諧振器中材料折射率及其結構的相關幾何參數，即可容易調整解多工器的相關諧振波長。研究顯示，模擬結果與環狀諧振器的諧振理論結果非常吻合，亦即本文所提出的環狀結構將可在高度整合的電漿元件裝置中具有顯著性的應用發展潛力。

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影響圈套寡核苷酸於細胞抑制效果之因子探討

臨床上已開發使用的癌症治療藥物，以化療藥物使用最為普遍，但是也帶給人體很大的副作用，因此現行藥物開發都希望能夠達到藥物使用量減少、副作用低、製造成本低的目標。近年來，標靶藥物開發盛行，圈套寡核苷酸此具選擇性的藥物，藉由模仿目標基因的序列，干擾轉錄因子結合上目標基因，進而阻止下游訊息的調控，抑制癌細胞生長。而在臨床上為了增加藥物的作用效率以及藥物在組織中的存在時機，在施予藥物時會利用載體攜帶至癌細胞附近累積。另外，除了載體能增加藥物在組織或體循環中的存在時間，也會改變藥物本身的結構。而在本研究將結合載體以及改良藥物結構的方式，來提升抑制癌細胞的效果。首先，會進行圈套寡核苷酸與載體Lipofectamine® 2000的最適化探討。然後將圈套寡核苷酸進行修飾，探討其在結構上和未修飾之圈套寡核苷酸的差異，以及修飾前後圈套寡核苷酸對癌細胞抑制效果是否有差異。最後也會將修飾與未修飾之圈套寡核苷酸於正常肝、腎細胞的是否有副作用。在圈套寡核苷酸與載體的轉染效率最適化實驗時，得知圈套寡核苷酸於6小時的時候，圈套寡核苷酸於細胞底層的累積是最大量的，而利用流式細胞儀時也量測出轉染效率於6小時之時間點達到90%。承接著上述的轉染條件，將修飾與未修飾之圈套寡核苷酸轉染於PC3前列腺癌細胞，修飾之圈套寡核苷酸於最高濃度下其細胞存活率為20%左右，抑制癌細胞能力高於未修飾的組別。測得修飾與未修飾之圈套寡核苷酸之抑制癌細胞的存活率後，將兩者於肝、腎細胞上測試其對於正常細胞的毒殺能力，結果顯示，兩者於肝細胞AML12只有超過300nM的時候才會有毒殺能力，相較於PC3癌細胞，圈套寡核苷酸可以說是幾乎不影響AML12細胞。然而，在腎293細胞測試時，卻發現圈套寡核苷酸的濃度和細胞的凋亡情形成正比，經過和文獻的比對之後，推測293細胞可能帶有腫瘤之特性所導致。

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固態離子選擇電極陣列試片製程及其應用於水耕栽培中營養離子感測之研究

本研究主要針對多元素固態離子選擇電極陣列之製程進行探討，並致力於水耕養液中硝酸根(NO3-)、銨根(NH4+)、鉀(K+)、鈣(Ca2+)等巨量元素離子濃度變化之監測。此電極陣列以四元素離子選擇電極與一平面式Ag/AgCl參考電極組成；為減少成本及微小化製作，以網版印刷的方式將銀漿及碳膠依序覆蓋至聚對苯二甲酸乙二酯 (polyethylene terephthalate, PET)上作為導電層與基版。然而，對於電位式感測器而言，參考電極的電位穩定性是不可或缺的條件，因此，本研究首先探討四種不同製程之固態式網印參考電極，分別針對有無薄膜及保存方式兩方面進行實驗，分析其性能並觀察其是否適用於本系統。然而缺少內溶液之固態式離子選擇電極會造成內部離子與電子之間的傳遞出現障礙，量測期間待測溶液中之水分子亦可能滲入至電極內部中，導致感測時電極發生電位訊號不穩定的情形，因此需要導入一層離子電子傳導層材料。因此，本研究針對三種導電高分子及無機材料進行探討，分別為聚(3,4-乙烯二氧基噻吩) (poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT)、聚苯胺 (polyaniline, PANI) 及石墨烯 (graphene)。首先對以各材料修飾與未修飾任何材料之電極進行電容、電阻及靈敏度等性能之分析，並使用電化學方法、接觸角量測儀測試電極之穩定性及親疏水性，比較其關聯性，另外，為觀察電極內部是否確實有水層產生，本研究使用共軛焦顯微鏡進行驗證。最後，將網印參考電極與以PEDOT修飾之四元素離子選擇電極整合成一試片(長25 mm，寬20 mm)，評估電極陣列之性能。實驗結果顯示，硝酸根離子選擇電極靈敏度為58.64 mV/decade (R2=0.9868)，鉀離子選擇電極靈敏度為59.27 mV/decade (R2=0.9985)，銨根離子選擇電極靈敏度為54.13 mV/decade (R2=0.9801)，鈣離子選擇電極靈敏度為31.13 mV/decade (R2=0.9981)。此外，為評估四元素離子選擇電極於養液當中之測試情形，本實驗針對植物工廠水耕萵苣養液之比例進行分析，並配置各目標元素於變化50 %、75 %、100 %、125 %及150 %之樣品，量測四元素試片於混合溶液並改變微量濃度之情況下各離子濃度變化情形。實驗結果顯示以四元素離子選擇電極試片所測試之濃度與樣品配置濃度理論值均呈現高度相關性，其中，硝酸根、鉀、銨根及鈣離子選擇電極所測試之濃度與樣品配置濃度理論值之相關係數R分別為0.9891、0.9942、0.9804及0.8904。

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透過調控聚苯胺傳導層之疏水性提升固態離子選擇電極感測性能

開發固態式離子選擇電極時會面臨離子電子轉移障礙與水層效應(water layer effect)等問題，這些現象使得電極在感測離子時電位訊號不穩定。為改善此一現象，介於選擇薄膜與電極之間的離子電子傳導層因應而生。本研究以導電高分子聚苯胺作為本次研究離子選擇電極之離子電子傳導層，期待聚苯胺之高電導性以及高離子電子移動率對電極之感測性能有增益效果。本研究第一部分為聚苯胺離子電子傳導層之表面結構分析。實驗結果顯示不同電鍍掃描速率：10,20,50,100 mV/s (於本研究中以PANI10,PANI20,PANI50,PANI100代稱)會造成離子選擇電極之親疏水性不同。其中電鍍時間較長之聚苯胺(PANI10)結構緻密並有許多微環摻雜其中，接觸角量測結果達到138度。相比於電鍍時間較短之聚苯胺材料(PANI100)接觸角提高了1.84倍，可見摻雜微環的緻密結構可使聚苯胺疏水性提高以減少水層的滲入，如此則能提高電極在感測時之穩定性。本研究第二部分為聚苯胺傳導層材料之性能探討，在進行二階段的計時電位法量測中，PANI10比起PANI100減少了96%的電位飄移，可見電鍍時間較長之PANI10具有較高的電位穩定性以及電容值。本研究的第三部分為電極感測性能部分，PANI10-鉀離子選擇電極所呈現之鉀離子靈敏度為51.4 mV/decade，偵測極限達10-5M。相較於PANI100-鉀離子選擇電極(靈敏度44.6 mV/decade，偵測極限10-5M) 表現還更好，推論聚苯胺傳導層會隨著其電鍍時間的不同而影響電極之電導性及靈敏度表現。最後，將鈉、鉀、氯、鈣等四個離子與參考電極整合在微型試片上共同感測，實驗結果顯示：PANI10-鈉離子選擇電極於標準液內量測之偵測極限可達到10-6M，相較於PANI100-鈉離子選擇電極的10-5M表現還更好。而鉀、氯、鈣離子選擇電極也呈現同樣的趨勢，故可推測電鍍時間較長之聚苯胺由於其表面較疏水且電容值較高，導致其選擇電極具有較高的靈敏度以及較低的偵測極限。本研究第四部分為離子選擇電極陣列置入牛血清白蛋白中實測。由於感測器長時間與血液接觸其蛋白質會吸附於電極表面，此些吸附過程會大大影響量測時之穩定度。本研究利用修飾添加物之方法探討離子選擇電極陣列在修飾前後之電位飄移程度，實驗結果發現鉀離子選擇電極較不被蛋白質吸附影響其感測效果，氯離子選擇電極則因為蛋白質吸附影響其在BSA當中的感測效果，故本論文探討三種修飾添加物之方式：只修飾F127在參考電極表面、只修飾F127在工作電極表面、參考電極與工作電極表面上皆修飾上F127。由實驗結果得知在參考電極表面上修飾F127可增加實驗之重複性、減少實驗誤差，但對受蛋白質吸附而影響感測效果之電極沒有增益效果。而單在工作電極修飾上F127可以提升電極抗蛋白質吸附能力，只是三重複之實驗誤差卻相當的大。最後，由於近年來人體機能之相關議題隨著科技發展而逐漸被重視，其應用在臨床醫學上日益重要。本研究以可線上監控之微型離子選擇試片為開發目標，將四種離子工作電極(鈉、鉀、氯、鈣)與參考電極整合在同一試片上以達到電極之微型化。

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利用軟體方法進行乳房攝影散射之矯正

乳房攝影術(Mammography)是一種常用的醫學影像照影設備，其主要原理為利用x光拍攝女性的乳房以觀察女性乳房中的構造，藉此進行乳癌等相關疾病的診斷，乳房攝影術的優點為簡單快速且非侵入式，非常適合用來做為初步篩檢的工具。 目前與乳房攝影有關的研究中主要針對以下兩個方向進行研究: 其一為如何有效的降低病患在x光所產生的放射性環境下曝露的時間及強度。另一方面的研究則是解決關於x光經過乳房組織後所產生散射(scatter)的情形，散射會降低影像品質造成影像的模糊，使的影像中許多重要資訊難以辯識。 早期的乳房攝影設備中，會在感測器(detector)與乳房之間加上許多的網格(grid)，藉著網格以阻擋散射過的光子到達感測器來解決散射的情形。由於部分光子被阻隔在網格上而無法到達感測器，光子的散失造成感測器上接收到的光子數降低，若要接收到相同的光子數勢必要提高x光的強度及照射時間。因此本研究將利用影像處理的方式來解決散射的問題來取代網格的功能。 在本研究中，我們使用GATE軟體進行乳房攝影系統的模擬，GATE是利用蒙地卡羅法(Monte Carlo Simulation)進行模擬，蒙地卡羅法可以用來模擬大量且具隨機性的事件，因此可以用來計算出乳房攝影系統中x光光子在穿透過乳房後在感測器上的分佈情形藉此模擬出乳房攝影系統的影像。此外，GATE記錄每個光子的散射與否，因此可以計算出散射的影像，本研究將比較出GATE的散射影像及其他散射數學模型的差異及準確性。

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應用 SLAM 自走機器人自動建置場域 Google 街景地圖

本研究致力於發展一套自動化的街景拍攝系統。為達成此目的所開發之系統中搭載了許多不同的感測器，各個感測器各司其職，在機器人視覺領域中，即時定位與場景建構SLAM 是一項能夠針對未知環境探索時所採用的技術，透過重複的觀測以及控制的資訊，能夠估計出環境的資訊以及機器人的姿態。立體視覺是由兩個攝影機所組成的感測器，能夠透過影像處理以及立體視覺理論能夠計算出影像的空間資訊，缺點是容易受到環境狀態像是光源、成像品質、距離影響深度距離的計算，因此加入雷達感測器進行輔助，其透過都卜勒效應的原理來量測感測器與物體的距離及其他資訊，透過立體視覺與雷達感測器利用感測器融合的方式提高量測的可靠度，藉由感測器融合能夠提供系統進行障礙物偵測、障礙物追蹤，甚至提供系統利用 A* 演算法進行路徑規劃達到閃躲的能力。機器人在行走的狀況下容易因為路面品質不同、輪胎的打滑造成移動時會產生不同程度的誤差，本研究利用 SLAM 得到機器人的姿態提供給予 PID 控制器作為回授訊號，讓機器人在移動的過程中隨時修正路線。在室內及戶外的情況下，實驗得到直行之平均偏移量分別為 1.7 cm 及 2.0 cm。GPS (Global Positioning System) 是透過衛星定位出當下的位置，其因不同環境下有數公尺到數十公尺不等的誤差，本研究透過 SLAM 的方式搭配特徵點的選取藉此推算出拍攝當下實際之位置，與 GPS 所記錄資訊相較之下能夠大大提高精確度。本研究能夠於自動導航並拍攝街景資訊，將影像中的 GPS 資訊經過 SLAM 進行座標校正後，街景能夠上傳至公開的雲端平台上讓世界上各個角落的使用者能夠觀看到當地的場景資訊，或是儲存至私人的後端資料庫中方便使用者進行觀察以及記錄當時的環境資訊。