CN104345140A - 磁性液滴控制装置及磁性液滴的控制方法 - Google Patents

磁性液滴控制装置及磁性液滴的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种磁性液滴控制装置及磁性液滴的控制方法。该磁性液滴控制装置包含有第一磁场产生器、第二磁场产生器以及流道。通过第一磁场产生器提供磁性液滴第一磁场，使磁性液滴具有对应第一磁场的方向的磁性，并通过第二磁场产生器提供磁性液滴第二磁场，以使磁性液滴依据第二磁场而于流道内运动。

Description

磁性液滴控制装置及磁性液滴的控制方法
技术领域
本发明是关于一种磁性液滴控制装置及磁性液滴的控制方法，特别是一种包含一第一磁场产生器以及一第二磁场产生器的磁性液滴控制装置及其控制方法。
背景技术
随着近年来医疗上逐渐注重预防医学、早期诊断与早期治疗等，对于检验环境自动化、定点照护(Point of Care，POC)或近病人端检验(NearPatient Testing)与分子诊断的需求也随之提高。
在一份全球分子检测市场报告中，预估2015年与2019年的全球分子检测市场销售值将分别约为155亿美元及425亿美元，而平均年成长率则分别高达11.5％及22.4％，因此分子检测市场实具有庞大的商机。
目前已发表于期刊及专利的生物标记及候选生物标记(biomarkercandidate)已有数千种，并以每年上百种的速度持续增加。至2010年2月底前，申请美国专利的生物标记总数为913件，已获得美国专利的生物标记有76件。此外，目前已有450种生物标记应用于临床分子医学检验。也就是说，未来医疗照护的发展将更依赖个人化分子医学检验数据库，来提供个人化医疗，例如用药安全筛检、药物疗效追踪。因此，个人化健康照护将是一项新兴的产业趋势。
另一方面，世界卫生组织(World Health Organization，WHO)也提出了关于理想的分子诊断系统的准则。根据WHO所提出的理想分子诊断系统的准则，每次检测必须满足「ASSURED」这七个英文字母所代表的特征：付得起(Affordable)、灵敏度(Sensitive，即较少伪阴性)、专一性(Specific，即较少伪阳性)、使用方便(User-friendly)、快速且可靠(Rapidand robust)、不需仪器(Equipment-free)、可传送至使用者(Deliverable toend-users)。
在中央实验室进行基因筛检中，在标准处理流程中，取得病人的检体(例如：全血、喉头检体等)之后，必须经过多道前处理程序(基因筛检前处理流程：血液、抗体键结、清洗、与抗原混合键结)，方能进行核酸增幅(如polymerase chain reaction，PCR或methylation-specific PCR，MSP)，最后再进行基因鉴定(例如：real time PCR或电泳)。这样的标准流程相当耗时、依赖专业人力与大型专业鉴定仪器设备。此外，在处理复杂的检体(血液、唾液、喉头等)或者极低浓度的待测物时，其样品前处理技术更成为困难的操作。
为了提升检测流程的便利性，通常会将待测物与一磁珠相结合，而使得使用者可通过操控外界磁场来控制待测物在不同的操控空间内的移动。详细来说，是通过外界磁场提供磁珠吸引力，而使与磁珠结合的待测物依据外界磁场所提供的吸引力而移动。
然而，这样通过磁场提供磁珠吸引力来控制磁珠移动的方式，其所产生的磁场分布较不均匀，进而造成磁珠的分离困难，并难以产生大面积的均匀磁场。此外，磁珠也容易因为与操控空间之间的摩擦力过大而有沾黏的现象发生。
发明内容
本发明一实施例所揭露的磁性液滴控制装置，包含一流道、一第一磁场产生器以及一第二磁场产生器。流道用以容置一磁性液滴。第一磁场产生器包含相对的二第一磁场线圈模块。二第一磁场线圈模块位于流道的相对两侧。二第一磁场线圈模块用以提供流道一第一磁场。第二磁场产生器设置于二第一磁场线圈模块之间。第二磁场产生器包含多个第二磁场线圈。多个第二磁场线圈用以提供流道一第二磁场。其中，利用第一磁场与第二磁场使磁性液滴于流道内运动。
本发明一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法，用以控制一磁性液滴的移动，包含以下步骤。提供一磁性液滴控制装置，包含一流道、一第一磁场产生器以及一第二磁场产生器。第一磁场产生器包含相对的二第一磁场线圈模块，二第一磁场线圈模块位于流道的相对两侧。第二磁场产生器设置于二第一磁场线圈模块之间。第二磁场产生器包含多个第二磁场线圈。提供一磁性液滴于流道。提供一磁性液滴于流道。使二第一磁场线圈模块提供流道一第一磁场，以使磁性液滴具有对应第一磁场的方向的磁性。使多个第二磁场线圈提供流道一第二磁场，以使磁性液滴依据第二磁场而于流道内运动。
根据上述本发明实施例所揭露的磁性液珠控制装置及其控制方法，由于是通过第一磁场产生器而使磁性液珠具有与第一磁场相同的磁场方向，再通过第二磁场产生器所产生的磁场，而使磁性液珠依据第一磁场与第二磁场的作用而运动。由于是同时通过二磁场的作用来控制磁性液珠的运动，因而所产生的磁场较为均匀。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
附图说明
图1A为根据本发明一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的立体示意图。
图1B为图1A的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
图1C为图1A的磁性液滴控制装置于运作状态下的侧面示意图。
图1D为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
图1E为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
图1F为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
图1G为图1F的磁性液滴控制装置的另一侧面示意图。
图1H为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
图1I为图1A的磁性液滴控制装置于运作状态下的磁场分布示意图。
图2A为图1A的流道的上视图。
图2B为图2A的部分结构剖视图。
图2C为根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图。
图2D为根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图。
图2E根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图。
图2F根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图。
图3A为图1A的部分结构上视图。
图3B为图3A的侧视图。
图4A为根据本发明一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图。
图4B为图4A的磁性液滴控制装置的流道的上视图。
图4C为图4A的步骤S104的磁场分布示意图。
图5A为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图。
图5B为图5A的步骤S204中磁性液滴内的磁珠的分布示意图。
图5C为图5A的步骤S205中磁性液滴内的磁珠的分布示意图。
图5D为图5A的步骤S204的磁场分布示意图。
图5E为图5A的步骤S205的磁场分布示意图。
图5F为图5A的步骤S204的另一磁场分布示意图。
图5G为图5A的步骤S205的另一磁场分布示意图。
图6A为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图。
图6B为图6A的磁性液滴控制装置的流道的上视图。
图6C为图6A的步骤S304的磁场分布示意图。
图6D为图6A的步骤S305的磁场分布示意图。
图6E为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图。
图6F为图6E的步骤S404的磁场分布示意图。
图6G为图6E的步骤S405的磁场分布示意图。
图6H为图6E的步骤S406的磁场分布示意图。
图7A为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图。
图7B为图7A的磁性液滴控制装置的流道的上视图。
图7C为图7A的步骤S504的磁场分布示意图。
图7D为图7A的步骤S505的磁场分布示意图。
【符号说明】
10      磁性液滴控制装置；
10′    磁性液滴控制装置；
10″    磁性液滴控制装置；
11      流道；
111     操控空间；
111a    第一操控空间；
111b    第二操控空间；
112     分隔结构；
1120    狭缝；
113     侧壁；
114     起始端；
12      第一磁场产生器；
120     第一磁场线圈模块；
120x    第一磁场线圈模块；
120y    第一磁场线圈模块；
120z    第一磁场线圈模块；
120w    第一磁场线圈模块；
1200    第一磁场线圈；
13      第二磁场产生器；
130     第二磁场线圈；
1300    磁场中心；
14      电流控制器；
15      第一滑轨模块；
15w     第二滑轨模块；
150     滑轨；
150w    滑轨；
11x     流道；
111x    操控空间；
114x    起始端；
11y     流道；
111y    操控空间；
112y    分隔结构；
113y    侧壁；
11z     流道；
111z    检测空间；
112z    分隔结构；
113z    侧壁；
11w     流道；
111w    操控空间；
112w    分隔结构；
113w    侧壁。
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例是进一步详细说明本发明的观点，但并非以任何观点限制本发明的范畴。
首先，请参阅图1A与图1B，图1A为根据本发明一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的立体示意图，图1B为图1A的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
磁性液滴控制装置10包含一流道11、一第一磁场产生器12以及一第二磁场产生器13。在本实施例及部分其他实施例中，磁性液滴控制装置10还包含一电流控制器14，但并不以此为限。
流道11用以容置一磁性液滴(未绘示)。其中，磁性液滴例如包含有一磁珠，而磁珠可以是一具有顺磁性的粒子，并且磁珠可通过例如抗体抗原的具有专一性的结合方式而与一待检测物相结合。也就是说，磁性液滴包含有磁珠以及待检测物。其中，待检测物可以是抗体、抗原、蛋白质、酵素、核醣核酸、脱氧核醣核酸、细胞、细菌，但并不以此为限。为了提升磁珠在磁性液滴内的混合效果，还可掺混一界面活性剂，而界面活性剂例如为山梨糖醇酐油酸酯(span80)的亲油性界面活性剂。此外，流道11内还容置有一环境液体，环境液体例如为一矿物油或一硅油。
此外，使用者还可依据其检测需求，而在流道11内设置不同的检测液体。举例来说，若使用者需要检测待检测物中是否具有一特定的脱氧核醣核酸序列，则可将此特定的脱氧核醣核酸序列的互补的脱氧核醣核酸序列容置于流道11中。如此一来，若待检测物中具有此特定的脱氧核醣核酸序列，则通过二互补的脱氧核醣核酸之间以氢键相结合，进而在后续的分析中得以检测出待检测物中具有此特定的脱氧核醣核酸序列。
在本实施例及部分其他实施例中，流道11的一内壁面为一疏水性表面。借此，以提升磁性液滴与流道11的内壁面之间的接触角，进而使磁性液滴较不易沾黏于流道11的内壁面，而可提升控制磁性液滴的便利性。
请一并参阅图1A、图1B以及图2A至图2D，图2A为图1A的流道的上视图，图2B为图2A的部分结构剖视图，图2C为根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图，图2D为根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图，图2E为根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图，图2F为根据本发明另一实施例所揭露的流道的上视图。在本发明实施例中，流道11为一水平向的流道，并且在图1A、图1B以及图2A至图2F的附图中，是以单一检测方向的流道11作为举例说明，但并不以此为限。在其他实施例中，流道也可具有彼此相交的二检测方向。
在本实施例及部分其他实施例中，流道11包含多个操控空间111以及对应多个操控空间111的至少一分隔结构112。分隔结构112例如为分别自流道11的相对两侧壁113所凸出的弧形结构，而弧形结构的宽度W1为3公厘，两侧壁113之间的距离T1为6公厘，并且分隔结构112具有一狭缝1120，而分隔结构112的狭缝1120连通相连的操控空间111。其中，每一操控空间111的纵向截面积A1大于狭缝1120的纵向截面积A2(如图2B所示)。此外，在本实施例及部分其他实施例中，狭缝1120的孔径介于0.3公厘至0.7公厘。需注意的是，上述结构的尺寸仅用以作为示例说明，并非用以限定本发明。
其中，使用者可视其需求而在不同的操控空间111容置不同的液体，借此使用者可在不同的操控空间111内进行例如前处理、检测或后处理等操作。
在图2A的实施例中，流道11的一起始端114与操控空间111之间的最短距离L1相隔至少6公厘。为了减少流道11x所占的体积，在本发明部分实施例中，流道11x的起始端114x与操控空间111x之间的最短距离L2为4公厘(如图2C所示)。此外，为了提升磁性液滴自一操控空间111y沿着方向D移动至另一操控空间111y的流畅性，也就是减少流道11y对磁性液滴沿着方向D移动时所施加的阻力，在本发明部分其他实施例中，分隔结构112y的弧形结构的宽度W2为3.5公厘(如图2D所示)。如此一来，分隔结构112y自侧壁113y凸起的变化率(ΔX/ΔY)较低，因而可减少流道11y对磁性液滴沿着方向D移动时施加的阻力。另一方面，为了提升磁性液滴自一操控空间111z沿着方向D移动至另一操控空间111z的流畅性，还可减少二侧壁113z之间的距离T2(如图2E所示)。详细来说，在本实施例中，二侧壁113z之间的距离T2为4公厘。如此一来，由于二侧壁113z之间的距离较小，因而可避免磁性液滴自一操控空间111z移动至另一操控空间111z时，磁性液滴因为受到分隔结构112z阻碍而不易自一操控空间111z移动至另一操控空间111z。此外，分隔结构112w也可以是分别自流道11w的两侧壁113w凸起的鱼鳞状结构(如图2F所示)，也就是分隔结构112w自侧壁113w凸起的变化率(ΔX/ΔY)沿着方向D而增加。借此，可使磁性液滴自一操控空间111w沿着移动至另一操控空间111w时较为流畅。
接着，请参阅图1A至图1H，图1C为图1A的磁性液滴控制装置于运作状态下的侧面示意图，图1D为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图，图1E为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图，图1F为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图，图1G为图1F的磁性液滴控制装置的另一侧面示意图，图1H为本发明另一实施例所揭露的磁性液滴控制装置的侧面示意图。
第一磁场产生器12包含相对的二第一磁场线圈模块120。在本实施例中，二第一磁场线圈模块120是相对于流道11而对称设置，但并不以此为限。在本实施例中，每一第一磁场线圈模块120分别具有一第一磁场线圈1200。然而，第一磁场线圈1200的数目并非用以限定本发明。在部分其他实施例中，每一第一磁场线圈模块120x可以分别具有二第一磁场线圈1200(如「图1D」所示)，并且第一磁场线圈1200之间还可具有相异的半径，而具有较大半径的第一磁场线圈1200位于具有较小半径的第一磁场线圈1200之间。在部分其他实施例中，每一第一磁场线圈模块120y可以分别具有四第一磁场线圈1200(如「图1E」所示)，并且第一磁场线圈1200之间还可具有相异的半径，而具有较大半径的第一磁场线圈1200位于具有较小半径的第一磁场线圈1200之间。
此外，在部分的实施例中，磁性液滴控制装置10′还包含有一第一滑轨模块15，位于流道11的相对两侧。详细来说，第一滑轨模块15包含相对的二滑轨150，而滑轨150分别位于流道11的相对两侧。第一磁场线圈模块120z可移动地分别设置于滑轨150。借此，第一磁场线圈模块120z可相对流道11移动(如「图1F」、「图1G」所示)。其中，第一磁场线圈模块120z是随着磁性液滴的位置而移动，并且第一磁场线圈模块120z所产生的第一磁场是涵盖磁性液滴的运动范围。也就是说，第一磁场线圈模块120z所产生的磁场的位置是随着磁性液滴的位置而改变。需注意的是，第一磁场线圈模块120z的移动方向并非用以限定本发明。详细来说，第一磁场线圈模块120z可以进行一维方向的移动，也可以进行二维方向的移动。
此外，第一磁场线圈模块120z依照磁性液滴的位置而沿着滑轨150移动并非用以限定本发明。请参阅图1H，在图1H中，磁性液滴控制装置10″的流道11与第二磁场产生器13是设置在第二滑轨模块15w的至少一滑轨150w上。也就是说，在本实施例中，随着磁性液滴的移动，流道11与第二磁场产生器13会沿着滑轨150w移动。
此外，在部分的实施例中，磁性液滴控制装置也可以同时包含有第一滑轨模块与第二滑轨模块。借此，使第一磁场线圈模块与流道、第二磁场产生器可通过第一滑轨模块与第二滑轨模块以相对移动。
在「图1F」至「图1H」的实施例中，由于是通过第一滑轨模块15、第二滑轨模块15w来改变第一磁场线圈模块120z、120w与流道11、第二磁场产生器13之间的相对位置，因而第一磁场线圈模块120z、120w仅需要针对磁性液滴所在的位置提供第一磁场。因此，第一磁场线圈模块120z、120w(及其产生的第一磁场)不需要涵盖整个磁性液滴控制装置10′、10″。如此一来，除了可大幅缩小第一磁场线圈模块120z、120w的体积之外，还可降低第一磁场线圈模块120z、120w所要消耗的功率。
参阅图1A至图1C、图1I、图2A与图3A、图3B，图1I为图1A的磁性液滴控制装置于运作状态下的磁场分布示意图，图3A为图1A的部分结构下视图，图3B为图3A的侧视图。
第一磁场线圈模块120分别位于流道11的上下两侧。也就是说，在垂直方向(也就是方向Z)上，流道11介于二第一磁场线圈模块120之间。第一磁场线圈模块120用以提供一第一磁场。其中，第一磁场在同一操控空间111内均匀分布，也就是第一磁场在同一操控空间111内的同一水平面具有相同的磁场强度，并且在与分隔结构112相同距离的同一铅直面也具有相同的磁场强度。
第二磁场产生器13包含多个第二磁场线圈130，而第二磁场线圈130以阵列排列的方式设置于二第一磁场线圈模块120之间。第二磁场线圈130用以提供一第二磁场。其中，每一第一磁场线圈模块120与每一第二磁场线圈130可以是一印刷电路板线圈(print circuit board)、一电磁铁线圈(electromagnet)或一微线圈(micro coil)，但并不以此为限。
在本实施例中，第一磁场与第二磁场在Z方向的磁场介于20毫特斯拉(mT)至80毫特斯拉之间，并且在4公分×4公分的面积范围内，第一磁场与第二磁场在Z方向的磁场为均匀的磁场。另一方面，第一磁场与第二磁场在X-Y轴方向的磁场梯度差为10毫特斯拉。需注意的是，上述的磁场大小并非用以限定本发明，使用者可视其需求而调整磁场的大小。
详细来说，每一操控空间111对应至少二第二磁场线圈130，并且分隔结构112位于相邻的第二磁场线圈130之间。此外，每一第二磁场线圈130分别具有一磁场中心1300，每一磁场中心于流道11的投影位于狭缝1120之外。如此一来，每一操控空间111可通过至少二第二磁场线圈130来控制第二磁场在操控空间111处的磁场大小，而每一狭缝1120也可通过相邻的至少二第二磁场线圈130来控制第二磁场在狭缝1120处的磁场大小。
更详细来说，分隔结构112的狭缝1120位于相邻的二磁场中心1300之间。也就是说，磁场中心1300与狭缝1120在Z方向的投影位于相异的位置。由于相邻的二磁场中心1300位于狭缝1120的两侧，因而可通过操控第一磁场以及第二磁场以将磁性液滴自操控空间111移动至另一操控空间111(如图3A所示)。
另一方面，本实施例的第二磁场线圈130在Z方向上是依序上下交错来设置(如图3B所示)，但不以此为限。在其他实施例中，第二磁场线圈130在Z方向上也可以是位于同一水平面。
电流控制器14电性连接于第一磁场产生器12以及第二磁场产生器13，电流控制器14用以控制第一磁场的磁场强度以及第二磁场的磁场强度。详细来说，可通过电流控制器14来控制流经第一磁场产生器12以及第二磁场产生器13的电流，进而控制第一磁场产生器12以及第二磁场产生器13所产生的第一磁场以及第二磁场随着空间的分布以及随着时间的变化。更详细来说，电流控制器14用以控制第一磁场的大小以及第二磁场随着时间的变化(例如：在不同时点，第二磁场相对于第一磁场的方向为正向、反向或者是第二磁场为零)。
如此一来，通过控制第一磁场产生器12所产生的第一磁场以及第二磁场产生器13所产生的第二磁场，进而控制第一磁场与第二磁场之间的交互作用(如图1C所示)，使用者可通过第一磁场与第二磁场之间通过空间磁场(X-Y-Z方向)依序切换磁场的均匀性分布、磁场梯度分布及Z轴方向磁场梯度(如图1I所示)，而可对磁性液滴进行传输、混合、分离、搅动、切割及传输等运动，因而可对磁性液滴中的待检测物进行较复杂的操作。由于本发明实施例同时通过第一磁场与第二磁场的交互作用来控制磁性液滴，因而所产生的磁场梯度的分布较为均匀，进而在控制磁珠的运动上较为便利。
以下将针对使用者如何控制磁性液滴于流道内的运动进行更详细的介绍。需注意的是，在以下叙述中，使用「图1B」的磁性液滴控制装置10进行操作，并且以控制一磁性液滴于流道内的运动进行举例说明，然磁性液滴的数目并非用以限定本发明。也就是说，使用者可视其需求而同时控制多个磁性液滴于流道内的运动。此外，使用「图1B」的磁性液滴控制装置10进行操作并非用以限定本发明。在部分的实施例中，也可以使用例如「图1F」、「图1H」的磁性液滴控制装置10′、10″来进行操作，并且在「图1F」的实施例中，第一磁场线圈模块120z是依据磁性液滴的位置而延着滑轨150移动。也就是说，在「图1F」的实施例中第一磁场线圈模块120z所产生的磁场的位置会随着磁性液滴的位置而改变。
首先，请参阅图1A、图4A至图4C，图4A为根据本发明一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图，图4B为图4A的磁性液滴控制装置的流道的上视图，图4C为图4A的步骤S104的磁场分布示意图。在图4A至图4C的实施例中，将介绍如何控制磁性液滴于流道11内的移动。
首先，提供一磁性液滴控制装置10(S101)。其中，磁性液滴控制装置10的结构如图1A、图1B所示，因此不再赘述。
接着，提供一磁性液滴于流道11(S102)。其中，磁性液滴可以是包含有与待检测物相结合的磁珠，或者是未与待检测物相结合的磁珠。
然后，使二第一磁场线圈模块120提供流道11一第一磁场(S103)，藉以使磁性液滴具有对应于第一磁场的方向的磁性。详细来说，由于磁性液滴内的磁珠为一具有顺磁性的粒子，因而当二第一磁场线圈模块120提供流道11一第一磁场时，磁性液滴内的磁珠会具有与第一磁场相同方向的磁性。此外，通过提供磁性液滴第一磁场，还可使磁珠于磁性液滴内的分布较为均匀。
接着，使第二磁场于流道11的一第一位置P1提供一相同于第一磁场的磁力方向于磁性液滴(S104)，借以吸引磁性液滴而将磁性液滴自相异于第一位置P1的一第二位置P2吸引至第一位置P1(如图4B所示)。详细来说，在第二磁场于流道11的第一位置P1提供相同于第一磁场的磁力方向时，由于第二磁场以及第一磁场于第一位置P1的磁场方向相同，因而二磁场相加后，第一位置P1相较于第二位置P2具有较大的吸引力，进而可将磁性液滴自第二位置P2吸引至第一位置P1。如此一来，即可控制磁性液滴于流道11内的移动。其中，磁性液滴控制装置10于步骤(S104)的磁场分布示意图如图4C所示。需注意的是，图4A至图4C的实施例是针对如何控制磁性液滴于同一操控空间111内的移动，如何控制磁性液滴于相异操控空间111内的移动将于稍后的段落进行介绍。
接下来，请参阅图1A、图5A至图5G，图5A为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图，图5B为图5A的步骤S204中磁性液滴内的磁珠的分布示意图，图5C为图5A的步骤S205中磁性液滴内的磁珠的分布示意图，图5D为图5A的步骤S204的磁场分布示意图，图5E为图5A的步骤S205的磁场分布示意图，图5F为图5A的步骤S204的另一磁场分布示意图，图5G为图5A的步骤S205的另一磁场分布示意图。在图5A至图5G的实施例中，将介绍如何控制磁性液滴于流道11内的搅动。其中，搅动是指磁珠在磁性液滴内的混合运动。在以下叙述中，系以磁性液滴于同一操控空间111内的搅动进行举例说明，但并不以此为限。使用者也可视其需求同时使磁性液滴于流道11内同时进行移动与搅动。其中，图5A的步骤(S201)至步骤(S203)与图4A的步骤(S101)至步骤(S103)相同或相似，因此不再赘述。
在使磁性液滴具有与第一磁场相同方向的磁性后，使第二磁场线圈130交错提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向以及一相反于第一磁场的磁力方向(S204)，藉以使磁珠于磁性液滴内搅动。如此一来，使用者可通过图5A的实施例的流程，而将磁珠与待检测物充分结合或者是使与待检测物结合后的磁性液滴与检测液体混合均匀。
详细来说，当第二磁场线圈130于操控空间111内提供磁性液滴相同于第一磁场的磁力方向(如图5D、图5F所示)时，磁珠M会被第一磁场与第二磁场作用形成的吸引力集中于磁性液滴B内(如图5B所示)。另一方面，当第二磁场线圈130于操控空间111内提供磁性液滴相反于第一磁场的磁力方向(如图5E、图5G所示)时，磁珠M会分散在磁性液滴B(如图5C所示)。
进一步来说，使用者还可依照磁性液滴中磁珠的质量来调整第一磁场的大小。详细来说，当磁珠的质量较大时，若第一磁场较小，则磁珠容易在磁性液滴内聚集，而使得分布较不均匀。因此，若所提供的磁性液滴中的磁珠的质量较大时，可提供一较大的第一磁场，以使磁珠于磁性液滴内的分布较均匀。磁性液滴控制装置10于步骤(S204)的磁场分布示意图如图5D至5G图所示，其中5D图与5E图是针对质量较小的磁珠进行操作，而5F图与5G图是针对质量较大的磁珠进行操作。
接下来，请参阅图1A、图6A至图6D，图6A为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图，图6B为图6A的磁性液滴控制装置的流道的上视图，图6C为图6A的步骤S304的磁场分布示意图，图6D为图6A的步骤S305的磁场分布示意图。在图6A至图6D的实施例中，将介绍如何控制磁性液滴于流道11内的移动。详细来说，是以如何将磁性液滴自一第一操控空间111a移动并集中至相邻的分隔结构112的狭缝1120进行说明。其中，图6A的步骤(S301)至步骤(S303)与图4A的步骤(S101)至步骤(S103)相同或相似，因此不再赘述。
在使磁性液滴具有与第一磁场相同方向的磁性后，在一第一时点，使第二磁场线圈130产生的第二磁场于第一操控空间111a的一第一位置P1提供磁性液滴一相反于第一磁场的磁力方向，并且使第二磁场于一第二操控空间111b的一第三位置P3提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向(S304)。然后，在第一时点之后的一第二时点，使第二磁场于第一操控空间111a的一第一位置P1提供磁性液滴一相反于第一磁场的磁力方向，使第二磁场于第一操控空间111a的一第二位置P2提供磁性液滴一相反于第一磁场的磁力方向，并且使第二磁场于第二操控空间111b的一第三位置P3提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向(S305)。其中，第二位置P2较第一位置P1接近第二操控空间111b。如此一来，通过第二磁场于流道11内随时间的变化，而可吸引磁性液滴自第一操控空间111a移动并集中至相邻的狭缝1120。其中，磁性液滴控制装置10于步骤(S304)的磁场分布示意图如图6C所示，磁性液滴控制装置10于步骤(S305)的磁场分布示意图如图6D所示。
接下来，请参阅图1A、图6B、图6E至图6H，图6E为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图，图6F为图6E的步骤S404的磁场分布示意图，图6G为图6E的步骤S405的磁场分布示意图，图6H为图6E的步骤S406的磁场分布示意图，图6E至图6G的实施例与图6A、图6C与图6D的实施例相似，其差别在于在图6A的实施例的第一时点与第二时点之间的一第三时点，图6E的实施例另包含一操作步骤。
在第一时点与第二时点之间的第三时点，使第二磁场于第一操控空间111a的一第一位置P1提供磁性液滴一相反于第一磁场的磁力方向，使第二磁场于第一操控空间111a的第二位置P2提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向，并且使第二磁场于第二操控空间111b的第三位置提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向(S405)。其中，第二位置P2较第一位置P1接近第二操控空间111b。如此一来，在将磁性液滴移动至第二操控空间111b之前，可通过步骤(S405)而将磁性液滴更加地集中于狭缝1120，以减少在进行步骤(S406)以将磁性液滴内的磁珠移动至第二操控空间111b之后，部分的磁珠仍残留在第一操控空间111a。其中，磁性液滴控制装置10于步骤(S404)的磁场分布示意图如图6F所示，磁性液滴控制装置10于步骤(S405)的磁场分布示意图如图6G所示，磁性液滴控制装置10于步骤(S406)的磁场分布示意图如图6H所示。
接下来，请参阅图1A、图7A至图7D，图7A为根据本发明另一实施例所揭露的磁性液滴的控制方法的流程图，图7B为图7A的磁性液滴控制装置的流道的上视图，图7C为图7A的步骤S504的磁场分布示意图，图7D为图7A的步骤S505的磁场分布示意图。在图7A至图7D的实施例中，将介绍如何控制磁性液滴于流道11内的移动。详细来说，是以磁性液滴于狭缝1120移动至相邻的一第二操控空间111b进行说明。更详细来说，使用者可结合图6A以及图7A至图7D的实施例以依序将磁性液滴内的磁珠自一第一操控空间111a移动至狭缝1120，再移动至第二操控空间111b。如此一来，即可将磁性液滴内的磁珠在流道11内相异的操控空间111a、111b移动。其中，图7A的步骤(S501)至步骤(S503)与图4A的步骤(S101)至步骤(S103)相同或相似，因此不再赘述。
在使磁性液滴具有与第一磁场相同方向之磁性后的一第一时点，使第二磁场线圈130产生的第二磁场于第一操控空间111a的第一位置P1提供磁性液滴一相反于第一磁场的磁力方向，并且使第二磁场于第二操控空间111b的第三位置P3提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向(S504)。然后，在第一时点之后的一第二时点，使第二磁场于第一操控空间111a的第二位置P2提供磁性液滴一相反于第一磁场的磁力方向，并且使第二磁场于第二操控空间111b的一第四位置P4提供磁性液滴一相同于第一磁场的磁力方向(S505)。其中，第二位置P2较第一位置P1接近第二操控空间111b，而第三位置P3较第四位置P4接近第一操控空间111a。如此一来，通过第二磁场于流道11内随时间的变化，而可吸引磁性液滴内的磁珠于狭缝1120移动至相邻的第二操控空间111b。其中，磁性液滴控制装置10于步骤(S504)的磁场分布示意图如图7C所示，磁性液滴控制装置10于步骤(S505)的磁场分布示意图如图7D所示。
通过上述本发明所揭露的图4A、图5A、图6A与图7A的实施例，使用者可通过上述实施例的组合来进行生物检测。举例来说，使用者将一待检测物配置于一第一操控空间，再通过图4A的实施例使待检测物与磁性液滴相混合，并通过图5A的实施例使待检测物与磁性液滴混合均匀并充分结合。再依序经由图6A的实施例使磁性液滴集中于狭缝，再通过7A图的实施例使磁性液滴内的磁珠自狭缝移动至另一操控空间。在另一操控空间中，使用者可准备检测液体，来检测与磁珠结合的待检测物。接着，可再通过图6A与图7A的实施例使检测后的磁性液滴内的磁珠移动至又一操控空间。或者，使用者可通过图4A与图5A的实施例使待检测物相结合，再通过图6A与图7A的实施例使磁性液滴内的磁珠移动至另一操控空间，再通过图4A与图5A的实施例来清洗待检测物。综上所述，使用者可视其需求将图4A、图5A、图6A与图7A的实施例进行组合来进行检测。
根据上述本发明实施例所揭露的磁性液滴控制装置及其控制方法，由于是通过第一磁场产生器而使磁性液滴具有与第一磁场相同的磁场方向，再通过第二磁场产生器所产生的磁场，而使磁性液滴依据第一磁场与第二磁场的作用而运动。由于是同时通过二磁场的作用来控制磁性液滴的运动，因而所产生的磁场较为均匀。
此外，通过第一磁场与第二磁场之间通过空间磁场(X-Y-Z方向)依序切换磁场的均匀性分布、磁场梯度分布及Z轴方向磁场梯度，而可对磁性液滴进行传输、混合、分离、搅动、切割及传输等运动，因而可对磁性液滴中的待检测物进行复杂的操作，并且还可同时操控多个磁性液滴的运动。
此外，由于可将检测的各个程序(例如：前处理、检测或后处理)集中至同一磁性液滴控制装置进行，因此整个检测流程可视为一芯片在实验室(lab-on-chip)的检测方法，在检测上较为便利。
此外，在部分的实施例中，由于第一磁场线圈模块是设置于滑轨上，并且第一磁场线圈模块是随着磁性液滴的位置而沿着滑轨移动，而第一磁场线圈模块只需要针对磁性液滴所在的位置来提供第一磁场，因而第一磁场线圈模块及其产生的第一磁场不需要涵盖整个磁性液滴控制装置。因此，除了可大幅缩小第一磁场线圈模块的体积，还可以进一步降低第一磁场线圈模块所要消耗的功率。

Claims (21)

1.一种磁性液滴控制装置，其特征在于，包含：
一流道，用以容置一磁性液滴；
一第一磁场产生器，包含相对的二第一磁场线圈模块，该二第一磁场线圈模块位于该流道的相对两侧，该二第一磁场线圈模块用以提供该流道一第一磁场；以及
一第二磁场产生器，设置于该二第一磁场线圈模块之间，该第二磁场产生器包含多个第二磁场线圈，该多个第二磁场线圈用以提供该流道一第二磁场；
其中，利用该第一磁场与该第二磁场使该磁性液滴于该流道内运动。
2.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中每一该第一磁场线圈模块具有一第一磁场线圈。
3.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中每一该第一磁场线圈模块具有二第一磁场线圈。
4.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中每一该第一磁场线圈模块具有四第一磁场线圈。
5.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其特征在于，还包含：
一第一滑轨模块，包含相对的二滑轨，该二滑轨位于该流道的相对两侧，该二第一磁场线圈模块可移动地分别设置于该二滑轨。
6.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其特征在于，还包含：
一第二滑轨模块，包含至少一滑轨，该流道与该第二磁场产生器可移动地设置于该至少一滑轨。
7.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其特征在于，还包含：
一电流控制器，电性连接于该第一磁场产生器以及该第二磁场产生器，该电流控制器用以控制该第一磁场的磁场强度以及该第二磁场的磁场大小及方向。
8.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中该流道包含多个操控空间以及对应该多个操控空间的至少一分隔结构，该至少一分隔结构位于相邻的二该操控空间之间，该至少一分隔结构具有一狭缝，该至少一分隔结构的该狭缝连通相邻的二该操控空间，利用该第一磁场与该第二磁场作用以使该磁性液滴内的一磁珠自其中一该操控空间通过该狭缝而移动至相邻的另一该操控空间。
9.根据权利要求8所述的磁性液滴控制装置，其中该分隔结构位于相邻的至少二该第二磁场线圈之间。
10.根据权利要求8所述的磁性液滴控制装置，其中每一该操控空间的纵向截面积大于该至少一分隔结构的该狭缝的纵向截面积。
11.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中该流道的一内壁面为一疏水性表面。
12.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中每一该操控空间对应至少二该第二磁场线圈。
13.根据权利要求1所述的磁性液滴控制装置，其中该多个第二磁场线圈以阵列排列的方式设置于该二第一磁场线圈模块之间。
14.一种磁性液滴的控制方法，其特征在于，用以控制一磁性液滴的移动，包含：
提供一磁性液滴控制装置，包含一流道、一第一磁场产生器以及一第二磁场产生器，该第一磁场产生器包含相对的二第一磁场线圈模块，该二第一磁场线圈模块位于该流道的相对两侧，该第二磁场产生器设置于该二第一磁场线圈模块之间，该第二磁场产生器包含多个第二磁场线圈；
提供一磁性液滴于该流道；
使该二第一磁场线圈模块提供该流道一第一磁场，以使该磁性液滴具有对应该第一磁场的方向的磁性；以及
使该多个第二磁场线圈提供该流道一第二磁场，以使该磁性液滴依据该第二磁场而于该流道内运动。
15.根据权利要求14所述的磁性液滴的控制方法，其中该使该多个第二磁场线圈提供该流道一第二磁场，以使该磁性液滴依据该第二磁场而于该流道内运动的步骤还包含：
使该第二磁场于该流道的一第一位置提供一相同于该第一磁场的磁力方向于该磁性液滴，以吸引该磁性液滴自该流道的一第二位置移动至该第一位置。
16.根据权利要求14所述的磁性液滴的控制方法，其中该使该多个第二磁场线圈提供该流道一第二磁场，以使该磁性液滴依据该第二磁场而于该流道内运动的步骤还包含：
使该第二磁场交错提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向以及一相反于该第一磁场的磁力方向，以使该磁性液滴内的一磁珠于该磁性液滴内搅动。
17.根据权利要求14所述的磁性液滴的控制方法，其中该流道包含一第一操控空间、一第二操控空间以及连通该第一操控空间、该第二操控空间的一狭缝，该第一操控空间具有相对的一第一位置以及一第二位置，该第二位置较该第一位置靠近该第二操控空间，该第二操控空间具有一第三位置，其中该使该多个第二磁场线圈提供该流道一第二磁场，以使该磁性液滴依据该第二磁场而于该流道内运动的步骤还包含：
在一第一时点，使该第二磁场于该第一操控空间的该第一位置提供该磁性液滴一相反于该第一磁场的磁力方向，并且使该第二磁场于该第二操控空间的该第三位置提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向；以及
在该第一时点之后的一第二时点，使该第二磁场于该第一操控空间的该第一位置提供该磁性液滴一相反于该第一磁场的磁力方向，使该第二磁场于该第一操控空间的该第二位置提供该磁性液滴一相反于该第一磁场的磁力方向，并且使该第二磁场于该第二操控空间的该第三位置提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向，以使该磁性液滴自该第一操控空间移动至该狭缝。
18.根据权利要求17所述的磁性液滴的控制方法，其中于该第一时点以及该第二时点之间的一第三时点，还包含：
使该第二磁场于该第一操控空间的该第一位置提供该磁性液滴一相反于该第一磁场的磁力方向，使该第二磁场于该第一操控空间的该第二位置提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向，并且使该第二磁场于该第二操控空间的该第三位置提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向。
19.根据权利要求14所述的磁性液滴的控制方法，其中该流道包含一第一操控空间、一第二操控空间以及连通该第一操控空间、该第二操控空间的一狭缝，该第一操控空间具有相对的一第一位置以及一第二位置，该第二位置较该第一位置靠近该第二操控空间，该第二操控空间具有相对的一第三位置以及一第四位置，该第三位置较该第四位置靠近该第一操控空间，其中该使该多个第二磁场线圈提供该流道一第二磁场，以使该磁性液滴依据该第二磁场而于该流道内运动的步骤还包含：
在一第一时点，使该第二磁场于该第一操控空间的该第一位置提供该磁性液滴一相反于该第一磁场的磁力方向，并且使该第二磁场于该第二操控空间的该第三位置提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向；以及
在该第一时点之后的一第二时点，使该第二磁场于该第一操控空间的该第二位置提供该磁性液滴一相反于该第一磁场的磁力方向，并且使该第二磁场于该第二操控空间的该第四位置提供该磁性液滴一相同于该第一磁场的磁力方向，以使该磁性液滴内的磁珠自该狭缝移动至该第二操控空间。
20.根据权利要求14所述的磁性液滴的控制方法，其中该磁性液滴控制装置还包含一第一滑轨模块，该第一滑轨模块包含相对的二滑轨，该二滑轨位于该流道的相对两侧，该二第一磁场线圈模块可移动地分别设置于该二滑轨，其中于使该二第一磁场线圈模块提供该流道一第一磁场，以使该磁性液滴具有对应该第一磁场的方向的磁性的步骤中，还包含：
使该二第一磁场线圈模块依据该磁性液滴的位置而沿着该二滑轨移动。
21.根据权利要求14所述的磁性液滴的控制方法，其中该磁性液滴控制装置还包含一第二滑轨模块，该第二滑轨模块包含至少一滑轨，该流道与该第二磁场产生器可移动地设置于该至少一滑轨，其中于使该二第一磁场线圈模块提供该流道一第一磁场，以使该磁性液滴具有对应该第一磁场的方向的磁性的步骤中，还包含：
使该流道与该第二磁场产生器依据该磁性液滴的位置而沿着该至少一滑轨移动。
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