CN107807232A - 生物芯片的测试模块及其测试设备 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种生物芯片的测试模块及其测试设备，该生物芯片的测试模块包括有一固定座、一中空套管以及一压测头。固定座具有一通孔，并于固定座的底部固设一探针卡。中空套管穿过通孔，穿设于固定座内，并于中空套管穿设有至少一管路。压测头包括一压测头本体及一弹性缓冲座，压测头本体组设于中空套管上，弹性缓冲座卡合于压测头本体内，并连接至少一管路。借此，本发明除了可借由具有弹性缓冲座的压测头减缓与生物芯片接触时的压合力道外，该弹性缓冲座是可拆卸式的套件，可连同与其相连的测试管路一并拆装及清洗，增进可更换性及便利性。

Description

生物芯片的测试模块及其测试设备
技术领域
本发明是关于一种生物芯片的测试模块及其测试设备，尤指一种适用于在测试液环境下进行检测的生物芯片的测试模块及其测试设备。
背景技术
本发明所述的生物芯片是一种搭载有生物传感器(Bio-Sensor)的芯片结构，该生物传感器是使用固定化生物分子的结合换能器，用来侦测生体内或生体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的一种装置。其中，生物传感器的应用层面相当广泛，例如：可利用离子感测场效应的原理检测尿素，或针对过敏原、酵素、微生物、细胞等进行生物检测，又或者对于土壤、海洋酸碱度等环境因子进行监测分析。
本发明则将生物传感器着重于一种利用离子选择性场效晶体管(Ion SensitiveField Effect Transistor,ISFET)的半导体离子传感器，其应用MOSFET的原理，将其闸极金属去除，改为选用绝缘感测膜(SiO2)直接与测试液接触，并以电极对测试液进行电解，测试液中的待测离子会与绝缘感测膜吸附反应产生通道。因此，生物传感器必须保持在与测试液接触的环境下进行测试方可达到效果，故对于测试液装载的方式于过去文献中有多种设计方式，现有技术如美国专利公开号第US2014/0239986号专利案，其直接将探针卡(probe card)内部设有挡水部(Fluid Well)，使得当生物传感器与探针卡接触时，会形成密闭的通道，借以将测试液体输入至生物传感器之测试区内。然而，所述方式无法适用于各类型的探针卡，必须利用特制化的挡水部进行测试液的隔绝与装载，缺乏组件的兼容性，此外当进行压合测试时，所述探针卡亦缺乏弹性缓冲的结构设计，且经耗损后无法针对压测头进行更换，故于使用上仍有很大的改进空间。
发明人缘因于此，本于积极发明的精神，亟思一种可以解决上述问题的生物芯片的测试模块及其测试设备，几经研究实验终至完成本发明。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种生物芯片的测试模块，主要可借由具有弹性缓冲座的压测头，减缓与生物芯片接触时的压合力道，同时可利用中空套管内的空间安置测试管路及测试电极，有效减少该测试模块的体积，提供一合适的环境，让生物芯片在与测试液接触下进行测试。
本发明的另一目的是提供一种生物芯片的测试设备，将上述半生物芯片的测试模块结合一测试头及一承载座，使能有效整合成为一自动化测试设备，针对测试结果提供实时的传递及运算。
为实现上述目的，本发明的生物芯片的测试模块包括有一固定座、一中空套管以及一压测头。固定座具有一通孔，并于固定座的底部固设一探针卡，对于芯片进行功能性测试；中空套管穿过通孔，穿设于固定座内，并于中空套管穿设有至少一管路，提供一垂直纵向的容置空间，其用以安置所述管路。压测头包括一压测头本体及一弹性缓冲座，压测头本体组设于中空套管上，弹性缓冲座卡合于压测头本体内，并连接至少一管路。
借由上述设计，本发明除了可借由具有弹性缓冲座的压测头，减缓与生物芯片接触时的压合力道外，其弹性缓冲座可与生物芯片接触更加紧密，且该弹性缓冲座是可拆卸式的套件，可连同与其相连的测试管路一并拆装及清洗，增进可更换性及便利性。
上述中空套管可更包括一止挡部，其容设于固定座内并可夹设一弹簧。借此，提供一种缓冲机制，可有效防止生物芯片于Z轴移载时，因过压而造成芯片损伤。
上述至少一管路可包括一流体输入管及一流体输出管。借此，提供测试液一流通路径，有效保持芯片检测时的溶液可流动性，且该二管路位于中空套管中，可减少测试模块的整体体积。
上述该至少一管路可更包括一进气管。本发明除了可将测试液导入测试模块之外，可更利用进气管将压缩气体输送至测试模块中，对于生物芯片进行吹气作业。借此，当检测结束后，可立即吹干剩余残留测试液体，避免测试液体流到芯片电极板上，造成电路短路或断路的情形发生。
上述弹性缓冲座可由聚二甲基硅氧烷(PDMS)所制成，其中，聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一透明硅胶材质，其具有无毒、疏水性高、抗酸碱且结构弹性佳、气密性佳等特性，制成简便且快速，翻模精度可达um～um-1，故适合作为一缓冲结构或一挡水墙。
上述弹性缓冲座可具有一扩展外缘及一容水槽。借此，除了可将足够的测试液保留在容水槽外，借由扩展外缘的设置，加长了测试液向外流出的渗漏距离，可避免当弹性缓冲座受力变形时，测试液会一并挤压到外界的电路板或电极上的问题。
另一方面，本发明的生物芯片的测试设备，包括有：一针测机、一生物芯片的测试模块以及一测试头。针测机具有一移动载台，用以承载一生物芯片。生物芯片的测试模块置放于该移动载台上，包括一固定座、一中空套管以及一压测头，固定座具有一通孔，并于固定座的底部固设一探针卡；中空套管穿过通孔，穿设于固定座内，其中，中空套管穿设有至少一管路；压测头包括一压测头本体及一弹性缓冲座，压测头本体组设于中空套管上，弹性缓冲座卡合于压测头本体内，并连接至少一管路。此外，测试头电连接探针卡，其中测试头设有多个测试电路板。
借由上述设计，本发明的生物芯片的测试设备测试过程中，可准确地将压测头与生物芯片压合接触，使得芯片上的感测区域可完全包覆于弹性缓冲座内，并保持弹性缓冲座内测试液的流动性，在含有溶液的环境下进行检测作业。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的生物芯片的测试模块的分解图。
图2为本发明一较佳实施例的生物芯片的测试模块的立体剖视图。
图3为本发明一较佳实施例的生物芯片的测试模块的另一视角的立体图。
图4为本发明一另一较佳实施例的生物芯片的测试模块的示意图。
图5A、5B及5C为本发明一再一较佳实施例的生物芯片的测试模块的示意图。
图6为本发明一较佳实施例的生物芯片的测试设备的立体图。
图7为本发明一较佳实施例的生物芯片的测试设备的剖视图。
【附图标记说明】
1 测试模块 1A 切换开关
10 测试设备 11 测试头
12 生物芯片 13 针测机
131 移动载台 14 测试电路板
15 讯号线 2 固定座
20 探针卡 21 通孔
22 固定座本体 23 止挡座
231 止挡内缘 3 中空套管
30 弹簧 31 止挡部
4 压测头 41 压测头本体
42 弹性缓冲座 421 扩展外缘
422 容水槽 50,500 进气管
51 流体输入管 511,512 流体输入支管
52 流体输出管 53 电极
54 真空装置
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1至图3，其为本发明一较佳实施例的生物芯片的测试模块的分解图、立体剖视图以及另一视角的立体图。图中出示一种生物芯片的测试模块1，包括有一固定座2、一中空套管3以及一压测头4。固定座2包括一固定座本体22、一锁固于该固定座本体22的止挡座23以及一通孔21，并于固定座2的底部固设一探针卡20，借以对于生物芯片进行功能性测试。
在本实施例中，中空套管3穿过通孔21及止挡座23，并具有一止挡部31，该止挡部31受限于固定座2与止挡座23的一止挡内缘231间的容置空间内，并在其间夹设二弹簧30，借以提供一种缓冲机制，可有效防止生物芯片于Z轴移载时，因过压而造成该芯片受到损伤。
接着，压测头4包括有一压测头本体41及一弹性缓冲座42，压测头本体41组设于中空套管3上，而弹性缓冲座42卡合于压测头本体41内，并连接一流体输入管51、一流体输出管52以及一电极53，借以对生物传感器进行进行检测作业。借由上述设计，为了建构出一合适的环境，让生物芯片在与测试液接触下进行测试，故透过具有弹性缓冲座42的压测头4，有效减缓与生物芯片接触时的压合力道，同时该弹性缓冲座42是可拆卸式的套件，可连同与其相连的测试管路51,52一并拆装及清洗，增进可更换性及便利性。
此外，本实施例的弹性缓冲座42具有一扩展外缘421及一容水槽422，所述容水槽422是深度1mm～3mm的小型凹槽，其开口需包覆生物芯片上的感测区域，借以创造出一可储存测试液的检测环境，并利用电极53提供电能供给，使得溶液中可解离出离子以便进行生物检测。此外，本实施例的扩展外缘421是在弹性缓冲座42底部于外壁之外，向四周所扩展的延伸外缘，该扩展外缘421加长了测试液向外流出的渗漏距离，可避免当弹性缓冲座42受力变形时，测试液会一并挤压到外界的电路板或电极上的问题。
再者，所述弹性缓冲座42所使用的材质有别于上述其他主结构体，系选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等具有弹性的材料经由翻模后所制成。其中，二甲基硅氧烷(PDMS)是一透明硅胶材质，其具有无毒、疏水性高、抗酸碱、结构弹性佳且气密性佳等特性，制成简便且快速，翻模精度可达um～um-1，在本实施例中是用以作为缓冲及挡水结构。此外，弹性缓冲座42因制作容易且成本材料低廉，故在压合过程中受到损坏或变形时，可连同测试管路51,52一并进行更换，借由可更换式的耗材设计模式，提高本发明生物芯片的测试模块的耐用性。
请参阅图4，其是本发明的另一较佳实施例的生物芯片的测试模块的示意图。其中，流体输入管51一端可连接一切换开关1A，而切换开关1A的另一端分别连接流体输入支管511、512，借此透过切换开关1A控制流体输入支管511、512不同测试液，进入流体输入管51，提供不同功能的测试液进行测试。举例而言，流体输入支管511、512可分别注入测试液及洁净液，当切换开关1A开启导通流体输入管51与流体输入支管511，而切换开关1A同时关闭，阻断连通流体输入支管512的洁净液输入至流体输入管51，可对生物芯片进行测试；若切换开关1A关闭导通流体输入管51与流体输入支管511，而切换开关1A开启导通流体输入管51与流体输入支管512，可将洁净液注入生物芯片上，进行清洁的制程。
另一方面，请参图5A、图5B及图5C为依据本发明的再一实施例的生物芯片的测试模块的示意图，其中图5A所示的中空套管3的流体输入管51及流体输出管52的一侧内穿设一进气管50，或参图5B的示意图，切换开关1A的流体输入支管511、512的一侧连接一进气管500，经流体输入管51将压缩气体输送至测试模块1中，对于生物芯片进行吹气作业，不但可提供测试液一流通路径，更可透过压缩气体将容水槽422内完成检测的测试液排出流体输出管52，同时当检测结束后，可立即吹干剩余残留测试液，避免测试液流到芯片电极板上，造成电路短路或断路的情形发生。再者请参图5C，流体输出管52可连接一真空装置54，除可保持芯片检测时的溶液可流动性，加速排空容水槽422内完成检测的测试液，亦可减少测试液的残留，大幅提高测试效率及良率，故本发明是一种体积占据小且兼具有多种功能的优化设计。
请参阅图6及图7，其是本发明一较佳实施例的生物芯片的测试设备的立体图与剖视图。图中出示一种生物芯片的测试设备10，包括有一测试头(Test Head)11、一生物芯片的测试模块1以及一针测机(Prober)13。该生物芯片的测试设备10是将前述的测试模块1结合测试头11及针测机13所组立而成的机台设备。故关于生物芯片的测试模块1的特征描述如前段所述，在此便不再赘述。
在本实施例中，生物芯片的测试模块1是组设于针测机13上，而该针测机13结合位于测试模块1上的探针卡20，借此针测机13内的移动载台131所置放的生物芯片12，可透过移动载台131调整生物芯片12的测试位置，将生物芯片12对位于针测机13上的测试模块1与探针卡20，进行测试液与电性测试，且讯号线15连接探针卡20与测试头11的测试电路板14，可针对测试讯号提供实时的传递及运算，以达到全自动化测试生物芯片12的目的，有效提高测试效率。
借由上述设计，本发明的生物芯片的测试设备测试过程中，可准确地将压测头4与生物芯片12压合接触，使得生物芯片12上的感测区域可完全包覆于弹性缓冲座42内，并保持弹性缓冲座42内测试液的流动性，在含有溶液的环境下进行检测作业。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种生物芯片的测试模块，包括有：
一固定座，具有一通孔，并于该固定座的底部固设一探针卡；
一中空套管，穿过该通孔，穿设于该固定座内，其中，该中空套管穿设有至少一管路；以及
一压测头，包括一压测头本体及一弹性缓冲座，该压测头本体组设于该中空套管上，该弹性缓冲座卡合于该压测头本体内，并连接该至少一管路。
2.根据权利要求1所述的生物芯片的测试模块，其中，该中空套管更包括一止挡部，其容设于该固定座内并夹设一弹簧。
3.根据权利要求1所述的生物芯片的测试模块，其中，该至少一管路包括一流体输入管及一流体输出管。
4.根据权利要求3所述的生物芯片的测试模块，其中，该至少一管路包括一进气管。
5.根据权利要求3所述的生物芯片的测试模块，其中，该流体输入管一端组设一切换开关，其分别连接流体输入支管。
6.根据权利要求5所述的生物芯片的测试模块，其中，该至少一流体输入支管包括一进气管。
7.根据权利要求3所述的生物芯片的测试模块，其中，该流体输出管连接一真空装置。
8.根据权利要求3所述的生物芯片的测试模块，其中，该中空套管穿设有一与该弹性缓冲座连接的电极。
9.根据权利要求1所述的生物芯片的测试模块，其中，该弹性缓冲座是以聚二甲基硅氧烷所制成。
10.根据权利要求1所述的生物芯片的测试模块，其中，该弹性缓冲座具有一扩展外缘及一容水槽。
11.一种生物芯片的测试设备，包括有：
一针测机，具有一移动载台，用以承载一生物芯片；
一测试模块，置放于该移动载台上，包括一固定座、一中空套管以及一压测头，该固定座具有一通孔，并于该固定座的底部固设一探针卡；该中空套管穿过该通孔，穿设于该固定座内，其中，该中空套管穿设有至少一管路；该压测头包括一压测头本体及一弹性缓冲座，该压测头本体组设于该中空套管上，该弹性缓冲座卡合于该压测头本体内，并连接该至少一管路；以及
一测试头，电连接该探针卡，而该测试头设有至少一测试电路板。
12.根据权利要求11所述的生物芯片的测试设备，其中，该中空套管更包括一止挡部，其容设于该固定座内并夹设一弹簧。
13.根据权利要求11所述的生物芯片的测试设备，其中，该至少一管路包括一流体输入管及一流体输出管。
14.根据权利要求13所述的生物芯片的测试设备，其中，该至少一管路包括一进气管。
15.根据权利要求13所述的生物芯片的测试设备，其中，该流体输入管一端组设一切换开关，其分别连接流体输入支管。
16.根据权利要求15所述的生物芯片的测试设备，其中，该至少一流体输入支管包括一进气管。
17.根据权利要求13所述的生物芯片的测试设备，其中，该流体输出管连接一真空装置。
18.根据权利要求13所述的生物芯片的测试设备，其中，该中空套管穿设有一与该弹性缓冲座连接的电极。
19.根据权利要求11所述的生物芯片的测试设备，其中，该弹性缓冲座是以聚二甲基硅氧烷所制成。
20.根据权利要求11所述的生物芯片的测试设备，其中，该弹性缓冲座具有一扩展外缘及一容水槽。
21.根据权利要求11所述的生物芯片的测试设备，其中，该探针卡与该测试头的该至少一测试电路板之间具有一讯号线。
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