刺激響應性聚合物(stimuli-responsive polymers)能夠對外部刺激做出響應，因此被廣泛用於感測的應用。在這項研究中，我們利用微影技術在微流道中以光聚合由對溫度敏感的（N-異丙基丙烯酰胺）（NIPAM）和對溫度不敏感的聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）組成的雙水凝膠微粒。這種雙水凝膠微粒的結構類似於雙金屬溫度計，當外界溫度改變時，會因為顆粒兩側成分對溫度敏感程度不同，因此產生彎曲，所以可以利用識別顆粒的形變程度以指示環境溫度。為了最佳化感溫顆粒溫度計的性能，我們也建立了預測雙水凝膠微粒熱行為的數值模型。此模型模擬了製造過程中的質傳過程和聚合反應，以預測雙水凝膠微粒中兩種高分子的分佈，再應用此資訊於預測各種溫度下微粒的形變。我們先使用此模型來了解感溫微粒的幾何形狀和製造溫度對其感溫性能的影響，根據數值模型的結果所製造出的感溫微粒的工作溫度範圍為16℃至55℃。除了在很大的變形下，在實驗中測量的感溫微粒熱響應與數值預測都非常接近。我們相信，這種數值模型還可用於開發涉及刺激響應聚合物的其他應用，例如形狀演變的微粒和利用摺紙原理形成的微觀結構。這種微型溫度計具有體積小，製造成本低，生物相容性好以及在生理條件附近具有寬廣的感測範圍的特點，因此在生物相關應用和受到侷限的微小環境中應具有相當的應用潛力。（謝之真教授提供 ccjhsieh@ntu.edu.tw） 圖一、雙水凝膠感溫微粒之結構及製造過程示意圖 圖二、預測雙水凝膠微粒熱行為的數值模型。此模型模擬了製造過程中的質傳過程和聚合反應，以預測雙水凝膠感溫微粒中兩種高分子的濃度分佈及不同環境溫度下雙水凝膠感溫微粒的形變。 圖三、雙水凝膠感溫微粒之形變與環境溫度的關係。(a) 微粒形變的量測(b) 模擬與實驗中微粒形變的比較(c)感溫微粒形變與環境溫度的關係。
刺激響應性聚合物(stimuli-responsive polymers)能夠對外部刺激做出響應，因此被廣泛用於感測的應用。在這項研究中，我們利用微影技術在微流道中以光聚合由對溫度敏感的（N-異丙基丙烯酰胺）（NIPAM）和對溫度不敏感的聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）組成的雙水凝膠微粒。這種雙水凝膠微粒的結構類似於雙金屬溫度計，當外界溫度改變時，會因為顆粒兩側成分對溫度敏感程度不同，因此產生彎曲，所以可以利用識別顆粒的形變程度以指示環境溫度。為了最佳化感溫顆粒溫度計的性能，我們也建立了預測雙水凝膠微粒熱行為的數值模型。此模型模擬了製造過程中的質傳過程和聚合反應，以預測雙水凝膠微粒中兩種高分子的分佈，再應用此資訊於預測各種溫度下微粒的形變。我們先使用此模型來了解感溫微粒的幾何形狀和製造溫度對其感溫性能的影響，根據數值模型的結果所製造出的感溫微粒的工作溫度範圍為16℃至55℃。除了在很大的變形下，在實驗中測量的感溫微粒熱響應與數值預測都非常接近。我們相信，這種數值模型還可用於開發涉及刺激響應聚合物的其他應用，例如形狀演變的微粒和利用摺紙原理形成的微觀結構。這種微型溫度計具有體積小，製造成本低，生物相容性好以及在生理條件附近具有寬廣的感測範圍的特點，因此在生物相關應用和受到侷限的微小環境中應具有相當的應用潛力。（謝之真教授提供 ccjhsieh@ntu.edu.tw）
圖一、雙水凝膠感溫微粒之結構及製造過程示意圖
圖二、預測雙水凝膠微粒熱行為的數值模型。此模型模擬了製造過程中的質傳過程和聚合反應，以預測雙水凝膠感溫微粒中兩種高分子的濃度分佈及不同環境溫度下雙水凝膠感溫微粒的形變。
圖三、雙水凝膠感溫微粒之形變與環境溫度的關係。(a) 微粒形變的量測(b) 模擬與實驗中微粒形變的比較(c)感溫微粒形變與環境溫度的關係。