CN107966522A - 生物芯片的滴定模块及其滴定测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种生物芯片的滴定模块及其滴定测试设备，该生物芯片的滴定模块包括有一基座、多个滴定单元、多个管路、一移载单元及一控制单元。其中，多个滴定单元及多个管路设置于基座的上方，每一滴定单元的下端设置有相互连通的一针件及一储筒；移载单元设置于基座上，包括有一驱动装置可选择式驱动多个滴定单元及多个管路横向左右、前后移动及纵向上下移动；控制单元电连接移载单元，可用以控制移载单元选择式切换驱动多个滴定单元及多个管路。借此，本发明利用移载单元对多个滴定单元与多个管路作不同切换，将不同的测试流体滴入生物芯片，可有效提升测试速度。

Description

生物芯片的滴定模块及其滴定测试设备

技术领域

本发明是关于一种生物芯片的滴定模块及其滴定测试设备，尤指一种适用于在测试液环境下进行检测的生物芯片的滴定模块及其滴定测试设备。

背景技术

本发明所述的生物芯片为一种搭载有生物传感器(Bio-Sensor)的芯片结构，该生物传感器为使用固定化生物分子的结合换能器，用来侦测生物体内或生物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，其应用金属氧化物半导体场效晶体管(简称：金氧半场效晶体管；英语：Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，缩写：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，借以将测试流体输入至生物传感器的测试区内。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，其也不能作不同测试流体的更换、废液回收及电解电极等，故于使用上仍有很大的改进空间。

发明人缘因于此，本于积极发明创作的精神，亟思一种可以解决上述问题的“生物芯片的滴定模块及其滴定测试设备”，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滴定测试设备，利用生物芯片的滴定模块结合一测试头及一针测机，可有效整合成为一自动化滴定测试设备，将测试结果实时传递。

本发明的另一目的是提供一种生物芯片的滴定模块，利用多个滴定单元及管路作不同切换，将不同的测试流体滴入生物芯片，可有效提升测试速度。

为实现上述目的，本发明的生物芯片的滴定模块包括有一基座、多个滴定单元、多个管路、一移载单元及一控制单元。其中，多个滴定单元及多个管路设置于基座的上方，多个管路连接多个滴定单元，每一滴定单元具有相互连通的一针件及一储筒；移载单元设置于基座上，移载单元连接多个滴定单元及多个管路，移载单元包括有一驱动装置可选择式驱动多个滴定单元及多个管路横向左右、前后移动及纵向上下移动；控制单元电连接移载单元，可用以控制移载单元选择式切换驱动多个滴定单元及多个管路。借此，本发明利用移载单元对多个滴定单元与多个管路作不同切换，将不同的测试流体滴入生物芯片，可有效提升测试速度。

上述多个管路的至少其一可为滴定管路，用以连接该每一滴定单元，该滴定管路可容纳测试流体。

本发明可更包括一电极单元，设置于基座的上方，驱动装置可选择式驱动电极单元横向左右、前后移动及纵向上下移动，电极单元可提供电能供给，使溶液中可解离出离子以便进行生物检测。

上述多个管路之一可为一真空单元，其连接一真空装置。借此，当检测完成后，可加速移除测试液体，亦可减少测试液体的残留，大幅提高测试效率及合格率。

上述多个管路之一可为一进气单元，其连接一气体供应装置。借此，可针对检测完成后且已移除测试液体的生物芯片，再进行吹气作业，透过压缩气体立即吹干剩余残留测试液体，可避免测试液体流到生物芯片电极板上，造成电路短路或断路的情形。

上述每一滴定管路的下端可具有一容液槽及一扩展外缘。借此，除了可将足够的测试流体保留在容液槽外，借由扩展外缘的设置，也加长了测试液向外流出的渗漏距离，可减少测试液体会流到外界的电路板或电极上的问题。

上述每一滴定单元的滴定管路可更包括一定量流体控制装置，使借由定量流体控制装置控制每一滴定单元测试液体的滴定量。

上述该每一滴定单元的滴定管路可具有一微针数组(micro needle array)，使借由微针数组能均匀将测试液体滴入生物芯片的测试区内。

上述每一滴定单元的滴定管路可设置一电极，储筒的下端设置一电极针件，用以提供电能供给。其中，电极针件可与储筒不连通，电极针件与针件分属个别的构件；或者，电极可借由一导线与针件连接，使针件可提供滴定与电能供给，亦即，电极针件与针件可整合成单一构件。

此外，本发明的生物芯片的滴定测试设备包括有一针测机、一滴定模块及一测试头。其中，针测机具有一移动载台，用以承载一生物芯片，且针测机固设有一探针卡，其位于生物芯片上方。滴定模块包括有一基座、多个滴定单元、多个管路、一移载单元及一控制单元；多个滴定单元及多个管路设置于探针卡的上方，多个管路连接多个滴定单元，每一滴定单元具有相互连通的一针件及一储筒；移载单元设置于基座上，移载单元连接多个滴定单元及多个管路，移载单元具有一驱动装置可选择式驱动多个滴定单元及多个管路横向左右、前后移动及纵向上下移动；控制单元电连接移载单元，用以控制移载单元选择式切换驱动多个滴定单元及多个管路；测试头具有一测试电路板，其电连接探针卡。借此，可有效整合成为一自动化滴定测试设备，针对测试结果提供实时的传递，并能有效提升测试速度。

上述生物芯片的滴定测试设备可更包括有一监视镜头，设置于滴定模块的基座上，监视镜头用以监视每一滴定管路及多个管路与生物芯片的相对位置，使能确认其是否精确对位。

上述生物芯片的滴定测试设备可更包括有一激光测距仪，设置于滴定模块的基座上，用以检测每一滴定管路及多个管路与生物芯片的相对距离，使能确认其是否精确对位。

上述探针卡与测试头的测试电路板之间具有一信号线，使能将测试结果实时传递。

附图说明

图1为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定模块的立体图。

图2为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定单元、电极单元及管路于X轴上滑移示意图。

图3为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定单元、电极单元及管路于Y轴上滑移示意图。

图4为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定单元、电极单元及管路于Z轴上滑移示意图。

图5A为本发明第一较佳实施例的滴定单元、电极单元及管路的示意图。

图5B为本发明第二较佳实施例的滴定单元、电极单元及管路的示意图。

图6为本发明第三较佳实施例的滴定单元的示意图。

图7为本发明第四较佳实施例的滴定单元的示意图。

图8为本发明第五较佳实施例的滴定单元的示意图。

图9A为本发明第六较佳实施例的滴定单元及电极单元的示意图。

图9B为本发明第七较佳实施例的滴定单元及电极单元的示意图

图10A为本发明第八较佳实施例的电极单元的示意图。

图10B为本发明第九较佳实施例的电极单元的示意图

图11为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定测试设备的立体图。

图12为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定测试设备的部分剖视示意图。

【附图标记说明】

1 滴定模块 10 滴定测试设备

11 针测机 12 移动载台

13 测试头 14 测试电路板

15 监视镜头 16 激光测距仪

17 生物芯片 18 信号线

2 基座 21 探针卡

3A 滴定单元 3B 管路

311 针件 3111 针件

312,3121,3122,3120A,3120B 储筒 313 容液槽

314 扩展外缘 315 微针数组

33,33A,33B,33C 电极单元

331,3312,3313,335,336,337 电极

333,3341,3342 针件

332,338,339,3315 电极针件 34 真空单元

35 进气单元 36,361,362,36A,36B 滴定管路

37 滴定管路 4,400,401,402,403,404 移载单元

39 固定架 41,42,43 驱动装置

5 控制单元 6 真空装置

7 气体供应装置 8 定量流体控制装置

91,92 切换开关 911,912,921,922 流体输入支管

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，其为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定模块的立体图，本实施例的生物芯片的滴定模块1包括有一基座2、多个滴定单元3A、一电极单元33、多个管路3B、一移载单元4及一控制单元5。其中多个滴定单元3A、电极单元33及多个管路3B设置于基座2的上方，多个管路3B连接多个滴定单元3A，且移载单元4连接多个滴定单元3A、多个管路3B及电极单元33。

请参阅图2至图4，其分别为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定单元、电极单元及管路分别于X轴、Y轴及轴Z上滑移示意图。本实施例的移载单元4设置于基座2上，移载单元4具有三个驱动装置41,42,43可分别驱动多个滴定单元3A、电极单元33及多个管路3B横向左右、前后移动及纵向上下移动。如图2所示，驱动装置41是驱动该多个滴定单元3A、电极单元33及多个管路3B在X轴方向滑移；如图3所示，驱动装置42是驱动该多个滴定单元3A、电极单元33及多个管路3B在Y轴方向滑移；如图4所示，驱动装置43是驱动该多个滴定单元3A、电极单元33及多个管路3B在Z轴方向滑移。控制单元5电连接移载单元4，控制单元5可控制该移载单元4选择式切换驱动该多个滴定单元3A、电极单元33及多个管路3B分别在X轴、Y轴、Z轴方向上滑移。本实施例的驱动装置41,42,43是指伺服马达配合螺杆所构成，也可搭配滑轨、滑块等结构。

请参阅图5A，其为本发明第一较佳实施例的滴定单元、电极单元及多个管路的示意图，并请一并参阅图1。在本实施例中，多个滴定单元3A是指二个滴定单元3A，其分别为二可容设不同测试液体的滴定管路36,37，每一滴定管路36,37下端具有一针件311与一储筒312，储筒312可容设不同的测试流体。借此，本发明利用移载单元4与多个滴定单元的滴定管路36,37作位置变换，将不同的测试流体滴入待测的生物芯片17(示于图12)，可有效提升测试速度。

此外，本实施例的多个管路3B是指二管路3B，其分别为一真空单元34及一进气单元35。其中，真空单元34连接一真空装置6，借此，当检测完成后，可加速移除生物芯片17(示于图12)上测试液体，亦可减少测试液体残留于生物芯片17上，大幅提高测试效率及合格率。又，进气单元35连接一气体供应装置7。借此，可针对检测完成后且已移除测试液体的生物芯片17，再进行吹气作业，透过压缩气体立即吹干剩余残留测试液体，可避免测试液体流到生物芯片17的电极板上，造成电路短路或断路的情形。此外，电极单元33的电极331可提供电能供给，使得测试液体中可解离出离子以便进行生物检测。

请参阅图5B为本发明第二较佳实施例的滴定单元、电极单元及多个管路的示意图，本实施例与第一实施例大致相同，其差异仅在于本实施例的二滴定管路36,37分别设有一定量流体控制装置8，可控制测试液体的滴定量，且每一滴定管路36,37设有一切换开关91,92，切换开关91是用以切换流体输入支管911,912，流体输入支管911,912可容设二不同测试液体。另，切换开关92是用以切换流体输入支管921,922，流体输入支管921,922可容设二不同测试液体。换言之，本实施例的四支流体输入支管911,912,921,922，其内可容设不同的测试液体，借由切换开关91,92作切换，增进不同功能的测试液体的可更换性及便利性。

举例而言，在测试时，控制单元5可依所选择的测试流体，例如若是选择流体输入支管911内的测试液体，控制移载单元4先将滴定管路37滑移至生物芯片17(示于图12)的上方，此时流体输入支管911、912可分别容设不同的测试液体，因是选择流体输入支管911内的测试液体，故切换开关91会开启导通滴定管路37与流体输入支管911，同时关闭阻断连通流体输入支管912的测试液体，定量流体控制装置8则控制测试液体的滴定量，对生物芯片17进行测试。

相同的，针对不同测试项目，若是选择流体输入支管912内的测试液体，此时切换开关91则会开启导通滴定管路37与流体输入支管912，同时关闭阻断连通流体输入支管911的测试液体。待测试完成后，移载单元4会将滴定管路37滑移至他处，再将真空单元34滑移至生物芯片17(示于图12)的上方，利用真空装置6加速移除测试液体，可减少测试液体的残留，大幅提高测试效率及合格率。之后，移载单元4将真空单元34滑移至他处，再将进气单元35滑移至生物芯片17的上方，利用气体供应装置7再进行吹气作业，透过压缩气体立即吹干剩余残留测试液体，可避免测试液体流到生物芯片17电极板上，造成电路短路或断路的情形。借此，第一与第二实施例的滴定模块1可利用多个滴定单元3A、多个管路3B与移载单元4作不同切换，将不同的测试流体滴入生物芯片17，可有效提升测试速度，并大幅提高测试效率及合格率。

请参阅图6为本发明第三较佳实施例的滴定单元的示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的每一滴定单元3A的针件311的下端具有一容液槽313及一扩展外缘314，扩展外缘314是在外壁之外，向四周所扩展是延伸外缘，该扩展外缘314可加长测试液体向外流出是渗漏距离。借此，除了可将足够的测试液体保留在容液槽313内之外，借由扩展外缘314的设置，也加长了测试液体向外流出是渗漏距离，可减少测试液体会流到外界是电路板或电极上是问题。

请参阅图7为本发明第四较佳实施例的滴定单元的示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的每一滴定单元3A的针件311为一微针数组315(micro needle array)，亦即由多个支呈矩阵排列是微针所组成，使借由微针数组315能确实且均匀的将测试液体滴入生物芯片17(示于图12)的测试区内。

请参阅图8为本发明第五较佳实施例的滴定单元示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的滴定单元3A具有一双容置槽之储筒3120A,3120B，可分别连接滴定管路36A,36B与针件3341,3342，滴定单元3A透过驱动装置400移载，如此成分相同的测试液体注入双容置槽的储筒3120A,3120B后，可同时滴定测试液体至生物芯片17(示于图12)上的多个特定区域，以增加测试效率。另一方面，若成分不相同的测试液体注入双容置槽之储筒3120A,3120B后，驱动装置移载滴定单元3A可分阶段滴定测试液体至生物芯片17，可减少测试液体交叉污染并增加测试效率。

请参阅图9A为本发明第六较佳实施例的滴定单元及电极单元示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的滴定管路361的一侧设置有一电极3312，一起被移载单元401驱动滑移，滴定管路361具有储筒3121及针件3111之外，电极3312的电极针件332也位于储筒3121的针件3111的一侧。借此，移载单元401只需些微移动滴定管路361，即可进行测试液体的滴定与电极3312电解的测试作业，可有效提升检测速度。

请参阅图9B为本发明第七较佳实施例的滴定单元及电极单元示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的滴定管路362内设置有一电极3313，一起被移载单元402驱动滑移，滴定管路362具有储筒3122与针件333，与电极3313电连接的电极针件3315穿设于储筒3122内，以将测试液体中可解离出离子以便进行生物检测。在本实施例中，储筒3122内的测试液体解离后，再滴定于生物芯片17(示于图12)，如此滴定管路362仅需透过移载单元402移动一次X轴及Y轴方向至生物芯片17，即可同时进行滴定与电极电解的测试作业，大幅提升检测速度。

请参阅图10A为本发明第八较佳实施例的电极单元示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的滴定模块1具有二个电极单元33A,33B，电极单元33A,33B设置于移载单元403上，各电极单元33A,33B分别具有电极335,336可配合上述实施例的多个测试单元，进行电极解离的作业，借以加速电极电解的测试作业，大幅提升检测速度。

请参阅图10B为本发明第九较佳实施例的电极单元单元示意图，并请一并参阅图5A。本实施例的电极单元33C，其上具有一电极337，并具有一固定架39可设置二个电极针件338,339，电极单元33C的固定架39连接移载单元404，借以同时移动电极单元33C的电极针件338,339至对应的生物芯片17(示于图12)的测试区域，借以加速电极电解的测试作业，大幅提升检测速度。

因此，依据本发明的精神，滴定模块1可透过多个滴定单元3A、电极单元33与多个管路3B的组合架构，可将不同的测试流体同时滴入生物芯片并电解测试液体，故本发明的滴定模块1可有效提升测试速度，并大幅提高测试效率及合格率。

请参阅图11及图12，其分别为本发明第一较佳实施例的生物芯片的滴定测试设备的立体图及部分剖视示意图，并请一并参阅图1。图中出示一种生物芯片的滴定测试设备10，包括有一针测机11、一滴定模块1、一监视镜头15、一激光测距仪16及一测试头(TestHead)13。该生物芯片的滴定测试设备10是将前述的滴定模块1结合针测机11及测试头13所组立而成的机台设备，故关于滴定模块1的特征描述如前段所述，在此便不再赘述。

在本实施例中，生物芯片的滴定模块1是组设于针测机11上，而该针测机11结合滴定模块1，借此针测机11内的移动载台12所置放的生物芯片17，可透过移动载台12调整生物芯片17的测试位置，将生物芯片17对位于针测机11上的滴定模块1与针测机1内的探针卡21，进行测试液与电性测试，且信号线18连接探针卡21与测试头13的测试电路板14，可针对测试信号提供实时的传递及运算，以达到全自动化测试生物芯片17的目的，有效提高测试效率。

在本实施例中，滴定测试设备10的滴定模块1上设置有一监视镜头15及一激光测距仪16，在测试时，监视镜头15及激光测距仪16可监视对准该生物芯片17的该每一滴定单元3A、多个管路3B及电极单元33与该生物芯片17的相对位置及相对距离，使能确认其是否精确对位。

借此，本实施例的滴定测试设备10可有效将滴定模块1整合成为一自动化的滴定测试设备，针对测试结果提供实时的传递，并能有效提升测试速度，并大幅提高测试效率及合格率。

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 (20)

1.一种生物芯片的滴定模块，包括：

一基座；

多个滴定单元，设置于该基座的上方，该每一滴定单元具有相互连通的一针件及一储筒；

多个管路，连接该多个滴定单元；

一移载单元，设置于该基座上，该移载单元连接该多个滴定单元及该多个管路，其中该移载单元包括有一驱动装置可选择式驱动该多个滴定单元及该多个管路横向左右、前后移动及纵向上下移动；以及

一控制单元，电连接该移载单元，用以控制该移载单元选择式切换驱动该多个滴定单元及该多个管路。

2.根据权利要求1所述的生物芯片的滴定模块，其中，该多个管路的至少其一为一滴定管路，用以连接该每一滴定单元。

3.根据权利要求1所述的生物芯片的滴定模块，其更包括一电极单元，系连接于该移载单元，用以提供电能供给，该移载单元之该驱动装置可选择式驱动该电极单元横向左右、前后移动及纵向上下移动。

4.根据权利要求1所述的生物芯片的滴定模块，其中，该多个管路之一系为一真空单元，其连接一真空装置。

5.根据权利要求1所述的生物芯片的滴定模块，其中，该多个管路之一为一进气单元，其连接一气体供应装置。

6.根据权利要求2所述的生物芯片的滴定模块，其中，该每一滴定管路的下端具有一容液槽及一扩展外缘。

7.根据权利要求2所述的生物芯片的滴定模块，其中，该每一滴定管路具有一微针数组(micro needle array)。

8.根据权利要求2所述的生物芯片的滴定模块，其中，该每一滴定管路的一侧连接一电极，而该每一滴定管路及该电极设置于该移载单元上，该电极电连接的一电极针件位于该每一滴定管路连通该储筒与该针件的一侧。

9.根据权利要求2所述的生物芯片的滴定模块，其中，该每一滴定管路内设置一电极，该电极电连接一电极针件，而该电极与该电极针件穿设于该储筒内。

10.一种生物芯片的滴定测试设备，包括：

一针测机，具有一移动载台及一探针卡，该移动载台用以承载一生物芯片，该探针卡位于该生物芯片的上方；

一滴定模块，包括有一基座、多个滴定单元、多个管路、一移载单元及一控制单元；该每一滴定单元具有相互连通的一针件及一储筒；该移载单元设置于该基座上，且该移载单元连接该多个滴定单元及该多个管路，该移载单元具有一驱动装置可选择式驱动该多个滴定单元及该多个管路横向左右、前后移动及纵向上下移动；该控制单元电连接该移载单元，用以控制该移载单元选择式切换驱动该多个滴定单元及该多个管路；以及

一测试头，具有一测试电路板，其电连接该探针卡。

11.根据权利要求10所述的生物芯片的滴定测试设备，该多个管路的至少其一为一滴定管路，用以连接该每一滴定单元。

12.根据权利要求11所述的生物芯片的滴定测试设备，其更包括有一激光测距仪，设置于该滴定模块上，用以检测该每一滴定管路及该多个管路与该生物芯片的相对距离。

13.根据权利要求11所述的生物芯片的滴定测试设备，其更包括有一监视镜头，设置于该滴定模块上，用以监视该每一滴定管路及该多个管路与该生物芯片的相对位置。

14.根据权利要求10所述的生物芯片的滴定测试设备，其更包括一电极单元，该电极单元连接于该移载单元，用以提供电能供给，该移载单元的该驱动装置可选择式驱动该电极单元横向左右、前后移动及纵向上下移动。

15.根据权利要求10所述的生物芯片的滴定测试设备，其中，该多个管路之一为一真空单元，其连接一真空装置。

16.根据权利要求10所述的生物芯片的滴定测试设备，其中，该多个管路之一为一进气单元，其连接一气体供应装置。

17.根据权利要求11所述的生物芯片的滴定测试设备，其中，该每一滴定管路的下端具有一容液槽及一扩展外缘。

18.根据权利要求11所述的生物芯片的滴定测试设备，其中，该每一滴定管路具有一微针数组(micro needle array)。

19.根据权利要求11所述的生物芯片的滴定测试设备，其中，该每一滴定管路的一侧连接一电极，而该每一滴定管路及该电极设置于该移载单元上，该电极电连接的一电极针件位于该每一滴定管路连通该储筒与该针件的一侧。

20.根据权利要求11所述的生物芯片的滴定测试设备，其中，该每一滴定管路内设置一电极，其借由该电极电连接一电极针件，该电极与该电极针件穿设于该储筒内。