CN110257218B - 利用影像操控电场力以筛选生物粒子的装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用影像操控电场力以筛选生物粒子的装置，包括第一基板、第二基板、流体渠道、一个或者多个感光层以及入口孔洞。第一基板包括第一导电电极，第二基板包括第二导电电极。第二导电电极会相对于第一导电电极被设置。流体渠道是被设置在第一导电电极以及第二导电电极之间。感光层是被共形的被设置在第一导电电极以及第二导电电极中的至少其中一个表面上。入口孔洞被设置在第一导电电极和第一基板之中，其中入口孔洞包括邻近流体渠道的第一开口以及远离于流体渠道的第二开口，而且第一开口的面积会大于第二开口的面积。

Description

利用影像操控电场力以筛选生物粒子的装置及其操作方法
技术领域
本揭露涉及筛选生物粒子的技术领域，尤其是涉及利用影像操控电场以从非均质的混合物中筛选出生物粒子的技术领域
背景技术
自过去的数十年以来，针对如何有效诊断、侦测和/或治疗癌症，许多研究机构和企业已经进行了广泛的研究，并揭露了多种的技术手段。此外，亦有众多的研究在探讨如何在体内(in vivo)的环境下标定和杀死癌细胞。然而，由于癌细胞的不确定性和变异性，只有极少数的方法可被实行。
其中一个诊断和侦测癌症的方法，是在体外(in vitro)筛选和分离出与癌症相关的特定细胞，例如是循环肿瘤细胞(CTCs)，这些细胞是癌症在人体内远程转移(metastasis)时被产生。美国专利公开号US 2017/0297036揭露了一种使用光诱发介电泳的微流体装置的方法，其利用此微流体装置以检测和筛选循环肿瘤细胞。微流体装置包括微流体渠道，使得流体可以在微流体渠道在流动。
在筛选过程中，含有细胞的流体会被注射至微流体渠道。之后，当待筛选的细胞抵达一预定区域时，待筛选的细胞会被确认和定位。接着，圆环状的光区会被照射至上述被辨识和定位的待筛选细胞。条状的光区接着会被照设至微流体渠道，并且从微流体渠道的一侧移动至另一侧。在条状光区移动的过程中，藉由条状光区的边缘所产生的不均匀的电场梯度，在微流体渠道中的不需要的细胞会被条状光区扫除。相较之下，在条状光区移动的过程中，由于待筛选的细胞会被环状光区照射，因此待筛选的细胞可以受到保护，而不会被条状光区扫除，因而可以停留在其原本的位置。最后，当所有不需要的细胞都被扫除后，可以进一步通过移动圆环状光区，以将待筛选的细胞移动至收集区，从而完成了单一筛选步骤。上述的筛选步骤可以被重复许多次，直到流体中所有的待筛选细胞都被收集。
对于上述揭露于美国专利公开号US 2017/0297036的筛选过程，虽然其可以筛选特定的细胞，例如循环肿瘤细胞，但其仍有尚待克服的缺陷。举例来说，筛选每一个细胞仍需要相对较长的时间。此外，条状光区仍无法完全扫除所有不需要的细胞，因此造成一些不需要的细胞会伴随着待筛选的细胞一起移动至收集区中，进而影响了筛选的准确度。
此外，由于具有非均质混合物的流体会通过一入口而被注入至微流体渠道，在注射的过程中，流体中的一些细胞难免会被黏着或堵塞于靠近入口处的微流体渠道的内侧面，从而负面影响了筛选过程的准确度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用影像操控电场力以筛选生物粒子的装置及其运作方法，以增加筛选过程的效率以及准确度。
根据一些实施例，利用影像操控电场力以筛选生物粒子的装置包括第一基板、第二基板、流体渠道、一个或者多个感光层以及入口孔洞。第一基板包括第一导电电极，第二基板包括第二导电电极。第二导电电极会相对于第一导电电极被设置。流体渠道是被设置在第一导电电极以及第二导电电极之间。感光层是被共形的被设置在第一导电电极以及第二导电电极中的至少其中一个表面上。入口孔洞被设置在第一导电电极和第一基板之中，其中入口孔洞包括邻近流体渠道的第一开口以及远离于流体渠道的第二开口，而且第一开口的面积会大于第二开口的面积。
在一些实施例，揭露了一种运作筛选装置的方法，包括下述步骤：(a)通过入口孔洞，将含有生物粒子的液体提供至主要渠道；(b)当生物粒子流至主要渠道的筛选区时，确认生物粒子；(c)在生物粒子被确认之后，降低液体的流速或停止液体的流动；(d)定位生物粒子；(e)将光区照射至筛选区，其中光区的面积会大于主要渠道的一半面积；(f)将具有暗区的光图形照射至筛选区，使得光图形至少重迭其中一个生物粒子，其中暗区的亮度会暗于邻近于暗区的其他区域的亮度；以及(g)移动光图形，并使重迭于光图形生物粒子一起移动。
附图说明
以下附图进一步描述了本发明的各实施例，其中：
图1是根据本发明一实施例所绘示的将生物粒子自流体非均质混合物中筛选出的装置的俯视示意图。
图2是根据本发明一实施例沿着图1中剖线A-A’和剖线B-B’所绘示的剖面示意图。
图3是根据本发明实施例所绘示的不同类型的入口以及出口的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例所绘示的将流体非均质混合物输送经过主要渠道时的筛选装置的示意图。
图5是本发明的比较例和实施例在细胞筛选装置入口或者出口的光学显微镜图。
图6是根据本发明实施例所绘示的具有相对设置的入口和出口的筛选装置，其中入口和出口分别位于主要渠道的两端。
图7是根据本发明实施例所绘示的感光层设置于主要渠道顶面的筛选装置的剖面示意图。
图8是根据本发明实施例所绘示的具有双层感光层的筛选装置的剖面示意图。
图9是根据本发明实施例所绘示的具有中间层的筛选装置的剖面示意图。
图10是根据本发明一实施例所绘示的使用影像操控电场力以于筛选装置内操纵生物粒子的示意图。
图11是根据本发明另一实施例所绘示的使用影像操控电场力以于筛选装置内操纵生物粒子的示意图。
图12是根据本发明又一实施例所绘示的使用影像操控电场力以于筛选装置内操纵生物粒子的示意图。
图13是通过不同筛选装置以筛选出生物粒子的光学显微镜图和荧光显微镜图。
图14是根据本发明实施例所绘示的具有多个流体渠道的筛选装置的俯视示意图。
图15A显示了当主要渠道、侧渠道和收集渠道的宽度比例为1:1:1时流体在主要渠道中的流速分布结果图。
图15B显示了当主要渠道、侧渠道和收集渠道的宽度比例为2:1:2时流体在主要渠道中的流速分布结果图。
图15C显示了当主要渠道、侧渠道和收集渠道的宽度比例为10:1:10时流体在主要渠道中的流速分布结果图。
图16是根据本发明实施例所绘示的具有弯曲主要渠道的筛选装置的俯视示意图。
图17是本发明实施例针对弯曲主要渠道中不同位置的流速测试图。
图18是根据本发明实施例所绘示的具有弯曲主要渠道和弯曲收集渠道的筛选装置的俯视示意图。
其中，附图标记说明如下：
20 光源
100 装置
102 上盖板
102-1 内侧面
104 下盖板
104-1 内侧面
106 第一透明导电电极
108 第二透明导电电极
110 感光材质
112 主要渠道
112A 面积
112S 侧壁
114 侧渠道
116 收集渠道
120 入口
120-1 入口孔洞
120-2 穿孔
122 出口
122-1 出口孔洞
122-2 穿孔
124 入口管
126 出口管
128 中间层
130 流体非均质混合物
132、134 细胞
140 光区
140A 表面面积
140E 边缘
140-1 长度
140-2 宽度
142 光图形
142-1 内侧光区
142-2 外侧暗区
144a 外缘
150-1 输入口
150-2 输出口
A1、A2 面积
O1 第一开口
O2 第二开口
R1、R2 流速
具体实施方式
下文揭露了本发明的示例性的实施例和应用方式，需注意的是，本发明不被这些示例性的实施例所限制，也不受限于下述实施例的操作和运作方式。进一步来说，附图可能是简化的或是局部的示意图，而且附图中各组件的尺寸可能会被放大或缩小，使得各组件间的比例并非按照真实比例绘示。此外，下文中所使用的方向性用语(例如：“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”、“往上”、“往下”、“较高”、“较低”、“水平”、“X方向”、“Y方向”、“Z方向”)，是相对性的空间用语，其是用于说明本揭露中的各实施例，因此不应用于局限本发明。
需注意的是，下文中所使用的技术用语“影像操控电场力”可视为是一种光诱发介电泳所产生的作用力。也就是说，揭露于下文中的操纵生物粒子的方法可以被视为是一种利用光诱发介电泳以操纵生物粒子的方法。
图1是根据本发明一实施例所绘示用以自流体非均质混合物中筛选出生物粒子的装置的俯视示意图。装置100包括两个相对的基板，例如一个上盖板102以及一个下盖板(图未绘示出)。一个微流体渠道，例如一个主要渠道112，被设置在盖板之间。两个通道口，例如一个入口120以及一个出口122，被设置主要渠道112的两个末端。在运作装置100的过程中，包含生物粒子，例如细胞，以及液体介质的液体混合物会透过入口120被注入主要渠道112，并且通过出口122而自主要渠道112被排出。虽然绘示于图1中的上盖板102(或下盖板)是矩形，其形状也可根据不同需求而被修改，因此，上盖板102(或下盖板)的形状也可以是三角形、正方形、圆形、矩形、多边形，但不限定于此。
图2是根据本发明一实施例沿着图1中剖线A-A’和剖线B-B’所绘示的剖面示意图。装置100包括上盖板102、相对于上盖板102而设置的下盖板104、以及被设置在上盖板102以及下盖板104之间的感光材质110。至少两个透明导电电极，例如一个第一透明导电电极106以及一个第二透明导电电极108，会分别被沈积或涂布于上盖板102的内侧面102-1以及下盖板104的内侧面104-1。第一透明导电电极106以及第二透明导电电极108可由透明导电材质所组成，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)，但不限定于此。第一透明导电电极106以及第二透明导电电极108可电连接至交流电产生装置，因此当交流电产生装置被启动时，可于两相对设置的电极106、108之间的主要渠道112中产生交流电场。第一透明导电电极106的厚度以及第二透明导电电极108的厚度可分别介于0.05-0.4微米(μm)之间。
第一透明导电电极106以及第二透明导电电极108可通过感光材质110而彼此分离，其中，感光材质110的组成可以是含氢非晶硅(a-Si:H)，但不限定于此。光源20可以被设置于主要渠道112之上或之下，其可以照射具有特定波长的光线至感光材质110。当光线被照射在感光材质110上时，电荷可被产生以及聚集于被照射的区域。因此，经由光线的照射，感光材质110的导电率可以被加以改变。感光材质110的厚度可介于0.1-2μm之间，且优选介于0.5-1μm之间。需要注意的是，虽然第一透明导电电极106直接接触感光材质110，但根据其他实施例，也可以通过设置其他的电绝缘层而使得第一透明导电电极106被分离于感光材质110。
作为替代的选择，上述的上盖板102和下盖板104可由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲硅氧烷(PDMS)、金属、环烯烃共聚物和环烯烃聚合物，但不限定于此。而且，第一透明导电电极106以及第二透明导电电极108可由透明导电薄膜、氧化铟锡、透明导电氧化物、导电聚合物、金属格栅、随机金属网、奈米碳管、石墨烯、奈米线网格和超薄金属膜，但不限定于此。感光材质110可由金属奈米颗粒、石墨烯、非晶硅、二硫化钼、砷化铟奈米线等制成，但不限于此。
主要渠道112可被设置于上盖板102与下盖板104之间，所述感光材质110的表面可用于定义出部分主要渠道112的轮廓(包括定义出主要渠道112的侧壁和底面)。优选地，主要渠道112的宽度与流动于其中的生物粒子的平均直径间的比例可介于1:1至200:1之间，但不限于此。入口管124会被连接到装置100的入口120，而出口管126会被连接到装置100的出口122。入口120可进一步包括两部分:入口孔洞120-1和穿孔120-2。此外，出口122也可包括两个部分:出口孔洞122-1和穿孔122-2。入口孔洞120-1和出口孔洞122-1均可被设置在第一透明导电电极106内，且穿孔120-2和122-2均可被设置在上盖板102中。对于入口孔洞120-1和出口孔洞122-1而言，各孔洞可以各自包括具有不同开口面积的两个开口。需要注意的是，虽然根据本实施例，入口孔洞120-1和出口孔洞122-1会被设置在第一透明导电电极106中，但入口孔洞120-1和出口孔洞122-1也可以进一步延伸至上盖板102中。因此，入口孔洞120-1和出口孔洞122-1可以分别部分地被设置在上盖板102中。
图3是根据本发明实施例所绘示的不同类型的入口以及出口的示意图。对于不同种类的各入口120和出口122来说(如类型(a)至(d)所示)，入口孔洞120-1(或出口孔洞122-1)包括靠近主要通道112的第一开口O1和远离主要通道112的第二开口O2。第一开口O1的面积(或称截面积)A1会大于第二开口O2的面积(或称截面积)A2。在图3所示的各入口120和出口122的共同特征是，截面面积会自第二开口O2往第一开口O1逐渐增大。通过“截面积逐渐增加”的特征，当包含生物粒子的液体混合物流入自或流出于主要渠道112时，生物粒子便不会被黏着或阻塞靠近主要渠道112的入口120和出口122的表面。另外，根据不同的需求，第二开口O2可以被设置在第一导电电极或上盖板中。
图4是根据本发明的一个实施例所绘示的将流体非均质混合物输送经过主要渠道的筛选装置的示意图。对于被注入到主要渠道112中的流体非均质混合物130来说，流体非均质混合物130中可包括不同类型的生物粒子，其中一些可能需要被筛选出(或称细胞132)，例如循环肿瘤细胞，而另一些则不需要被筛选出(或称细胞134)，例如白血球细胞。由于靠近主要渠道112的开口O1的面积A1会大于远离主要渠道112的第二开口O2的面积A2，因此流体中的细胞132和134可以很容易流入自或流出于入口120和出口122，而且也不会黏着或阻塞于开口O1附近。因此，由于流体非均质混合物130中所有的细胞132和134都可以顺利通过主要渠道112，并经由出口管126被排出，因此可提高筛选过程的准确度和效率。
图5显示了运作具有不同类型进、出口的筛选设备的结果。照片(a-1)和(a-2)是针对现有筛选装置，当流体非均质混合物流入或流出所述装置时，于筛选装置的入口(或出口)的开口处所拍摄的。照片中的亮点代表细胞，这些细胞明显地会黏在或阻塞入口或出口。相反的，照片(b-1)和(b-2)是根据本发明的一个实施例在本发明筛选装置的入口(或出口)的开口处拍摄的。照片(b-1)和(b-2)中没有出现任何亮点，代表着没有任何细胞会黏附或阻塞在入口或出口。
作为替代的选择，于本文中所揭露的生物粒子的类型并不局限于细胞，其也可以被替换成其他种类的生物粒子，包括肿瘤细胞、干细胞、血液细胞、神经元细胞、上皮细胞、免疫细胞、诱导多能干细胞(iPS)、细菌(例如:兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌)、病毒、外泌体、具有RNA、DNA或蛋白质的脂质体、寄生虫，或任何其他生物相关的粒子，但不局限于此。
图6是根据本发明实施例所绘示的具有相对设置的入口和出口的筛选装置，其中入口和出口分别位于主要渠道的两端。图6所示的装置100还包括上盖板102、下盖板104、两个导电电极106和108以及感光材质110。图6和图2所示结构的主要区别在于图6的出口孔洞122-1设置在第二导电电极108或感光材质中，而不是第一导电电极106中。也就是说，进入装置100的流体混合物可以从主要渠道112的末端而自装置100流出。因此，通过适当安排筛选装置的空间布局，可以用更少的空间完成生物粒子的筛选过程。同样的，根据不同需求，出口孔洞122-1可以进一步延伸至下盖板104中。
图7是根据本发明实施例所绘示的感光层设置于主要渠道顶面的筛选装置的剖面示意图。图7所示的装置100与图2所示的装置相似，主要区别在于，图7所示的感光材质110会共形地被设置在第一透明导电电极106上，而不是被设置在在第二透明导电电极108上。因此，主要渠道112的底面不会直接接触感光材质110。相反的，根据本实施例，主要渠道112的顶面会直接接触感光材质110。
图8是根据本发明实施例所绘示的具有双层感光层的筛选装置的剖面示意图。图8中所示的装置100类似于图2所示的装置，这两个实施例之间的主要区别是，两层的感光材质110-1和110-2会分别共形地被设置在第一透明导电电极106和第二透明导电电极108上。因此，所述主要渠道112的底面和顶面会直接接触感光材质110。
图9是根据本发明实施例所绘示的具有中间层的筛选装置的剖面示意图。图9所示的装置100与图2所示的装置类似，这两种实施例之间的主要区别在于，会进一步在上盖板102和下盖板104之间设置中间层128，且更优选地，中间层128会被设置在第一透明导电电极106和感光材质110之间。在一个实施例中，主要渠道112会被设置在中间层128中，并且可以被视为是被制造在中间层128中的腔体。选择性地，可在中间层128与上、下盖板102、104之间设置额外的黏着剂，使中间层128可以被黏着至上盖板102和下盖板104。中间层128可由电绝缘材质制成，以电绝缘上盖板102和下盖板104。此外，中间层128可能是半渗透膜，其允许流体非均质混合物130内的多余离子自主要渠道112中往外扩散。在输送流体非均质混合物130的过程中，流体非均质混合物130中的一些细胞可能会因为某些原因而在主要渠道112中破裂，从而使得多余的离子自破裂或死细胞中被释放到流体非均质混合物130中。上述现象会负面影响流体非均质混合物130的导电率，从而影响到用以移动细胞的影像操控电场力。因此，通过设置由半渗透材质所制成的中间层128，可以使得多余离子穿透半渗透材质，而从主要渠道112流出，从而使流体非均质混合物130的导电率保持在一定数值。
另外，图9所示的中间层128可能由生物兼容性材质所制成，所述材料不会和流体非均质混合物130中的细胞或液体介质发生反应，也不会溶解释放有害物质至细胞或液体介质中。因此，在主要渠道112中流动的细胞便不会被主要渠道112污染。举例来说，生物兼容材质可以沿着主要渠道112的侧壁共形设置。此外，如果需要，整个中间层128或主要渠道112可以由生物兼容材质制成。
图10是根据本发明实施例所绘示的使用影像操控电场力以于筛选装置内操纵生物粒子的示意图。在操作过程中，两个相对的透明电极之间会被施加交流电场，使流过主要渠道112的细胞132被极化。当被极化的细胞132流向主要渠道112的预定区域时，所述光源会对预定区域内的感光材质照射光线，从而在主要渠道112中产生光区140。其中，上述的预定区域可以是任何可以被光学显微镜或荧光显微镜所观察的区域。此外，包括内侧光区142-1和外侧暗区142-2的光图形142会被照射至细胞132所存在的感光材质。其中，内侧光区142-1可为呈现圆形的光区，而外侧暗区142-2可为呈现环形的暗区，但不限于此。因为在内侧光区142-1和外侧暗区142–2间的交界处144b会产生电场梯度，使得细胞132可以被局限在内侧光区142–1内，且在移动光图形142时，细胞132亦会跟随着内侧光区142–1而被一起移动。此外，光区140的表面面积140A(由光区140的长度140-1和宽度140-2所定义)优选大于主要渠道112的面积112A的一半(其面积由主要渠道112的侧壁112S所定义)。需要注意的是，光区140的边缘140E也可以产生电场梯度，使得其他没有和光图形142重迭的细胞可以被保持在光区140内。描述于本揭露中的技术用语“暗区”，是指亮度小于相邻区域亮度的区域，而本揭露中的技术用语“光区”，是指亮度大于相邻区域亮度的区域。因此，只要外侧暗区142-2能够比相邻区域暗，不排除外侧暗区142-2也可以被光照射。
图11是根据本发明的另一个实施例使用影像操控电场力操纵装置中生物粒子的方法的示意图。在步骤(a)中，当细胞132流动到预定区域时，可以用显微镜确认并定位细胞。为了确认细胞的种类，待筛选细胞132和不需要的细胞134在进入主要渠道前，可以先被不同的荧光染料染色。因此，从待筛选细胞132发出的荧光会与从不需要的细胞134发出的荧光不同。之后，利用荧光显微镜检测细胞132和细胞134发出的荧光，就可以辨别出细胞132与其他细胞134。一旦细胞132被确认和定位，可以施加交流电场至两个相对设置的透明导电电极之间。而且，可以将光照射到感光材质，从而在主要渠道112中产生一个光区140。此外，可以将包括内侧光区142-1和外侧暗区142-2光图形142照射在细胞132存在的感光材质。然后，在步骤(b)中，可以进一步扩展光图形142的外侧暗区142-2。由于外侧暗区142–2的外缘144a会产生电场梯度，因此在扩大外侧暗区142–2面积的过程中，位于外侧暗区外缘144a附近的细胞134会被推动而更远离光图形142中心。然后，在步骤(c)中，由于内侧光区142-1和外侧暗区142–2间的交界处144b也会产生电场梯度，使得细胞132可以被局限在内侧光区142–1内，因此可以通过移动光图形142，使细胞132向侧渠道114移动。在移动光图形142的过程中，光图形142会排斥所有遇到光图形142的外缘144a的细胞134。因此，光图形142外的细胞134便无法向侧渠道114移动。最后，在步骤(d)中，细胞132可穿透光区140的边缘140E，而进入侧渠道114。需要注意的是，由于在光区140的边缘140E也存在电场梯度，因此细胞134会被边缘140E所产生的电场梯度排斥，从而无法随着细胞132一起进入侧渠道114。
图12是根据本发明实施例所绘示的使用影像操控电场力以于筛选装置内操纵生物粒子的示意图。图12所描述的方法相似于图11所描述的方法，主要不同之处在于，光图形142的外侧暗区142-2为非闭合环(incomplete ring)。也就是说，与光图形142重迭的细胞132并没有完全被外侧暗区142-2所包围。在移动光图形142的过程中，根据步骤(b)，外侧暗区142-2会适度地自转，以防止其他细胞自外侧暗区142-2的开口而被吞入内侧光区142-1。由于本实施例的其他步骤类似于图11的实施例中描述的步骤，因此为了简洁起见，以下省略了这些步骤的描述。需要注意的是，移动光图形142、旋转外侧暗区142-2、扩大外侧暗区142-2的步骤顺序可以改变，以满足不同的要求。此外，作为其他替代的选择，这三个步骤也可以被同时进行。
相较于揭露在美国专利公开号US 2017/0297036中的筛选方法，描述于图11和图12中的筛选方法可以具有更高的筛选效率和准确度。请参考下表1和图13。图13中的照片(a-1)至(a-3)是对应于美国专利公开号US 2017/0297036中所揭露的筛选方法。照片(a-1)和(a-2)是通过光学显微镜所拍摄的影像，其显示了生物粒子(参照图中的“点”)确实会被筛选到收集渠道中。然而，根据荧光显微镜中观察到的照片(a-3)，许多不需要的生物粒子(参照图中“被圈起的亮点”)也同时会被筛选到收集渠道中。图13中的照片(b-1)到(b-3)是对应于本发明实施例所揭露的筛选方法。照片(b-1)和(b-2)是由光学显微镜拍摄的影像，其显示生物粒子(参照图中的“点”)会被分类到收集渠道中。此外，通过荧光显微镜所观察到的照片(b-3)，没有任何不需要的生物粒子会被筛选到收集渠道中。因此，上述影像可证实，本发明中所揭露的筛选方法具有远高于现有技术的筛选准确度。
此外，根据下表1所示的结果，对于美国专利公开号US 2017/0297036所揭露的方法，经进一步作实验确认后，各细胞的筛选时间约为139.2(s)，且准确度仅为60.4％左右。较低的精确度代表着不需要的细胞并没有完全被条状光区扫除，因此一些不需要的细胞会随着待筛选的细胞一起流入收集区域。相较之下，根据本发明所揭露的筛选方法，各细胞的筛选时间会被减少到72.1(s)左右，且准确度可提高到100％。
表1
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图14是根据本发明实施例所绘示的具有多个流体渠道的筛选装置的俯视示意图。图14所示的装置100与图1中所示的装置100相似，主要区别在于图14中所示的装置还包括其他微流体渠道，例如侧渠道114和收集渠道116。侧渠道114的两端可分别连接到主要渠道112和收集渠道116。在装置100的运作过程中，待筛选细胞可以从主要渠道112通过侧渠道114而被筛选到收集渠道116，并临时地被存储在收集渠道116中。当被存储在收集渠道116中的细胞数量超过一定数值或任何由用户自定义的数值，可进一步将缓冲液自输入口150-1注入至收集渠道116，以将被收集的细胞自收集渠道116通过输出口150-2而被排出至测试管。此外，主要渠道、侧渠道和收集渠道的宽度比会介于1:1:1到10:1:10的范围内，如1:1:1、2:1:2、10:1:10，但不限于此。本实施例的优点在于，待筛选细胞可以临时地被存储在收集渠道116中，使得在主要渠道112中进行的筛选过程可以连续进行而不中断。此外，该装置100可以用来筛选不同类型的细胞。例如，在第一轮的筛选过程中，一群相同种类的细胞可能会先被收集到收集渠道116中，然后再流动至试管中。然后，通过第二轮的筛选过程，一群其他类型的细胞可能先被收集到收集渠道116中，然后再流动至试管中。图15A到图15C分别显示了当主要渠道、侧渠道和收集渠道的宽度比例为1:1:1、2:1:2和10:1:10时流体在主要渠道中的流速分布结果图。根据图15A到图15C所示的结果，其证实了对于渠道的宽度比率被设定在上述范围内的装置，当流体在主要渠道112中流动时，流体便不会自主要渠道112而流入侧渠道114中，从而避免了不需要的细胞从主要渠道112流入收集渠道116中，反之亦然。
图16是根据本发明实施例所绘示的具有弯曲主要渠道的筛选装置的俯视示意图。图16中所示的装置100与图1所示的装置相似，主要区别在于图16所示的装置包括一个弯曲主要渠道112和一个侧渠道114。侧渠道114的一端会被连接到弯曲的主要渠道112的顶点。根据本实施例，实验数据证明了弯曲主要渠道112的外侧流道上的流速R1会低于其内侧流道的流速R2。举例来说，当流体的线性流速为9X10-9mm/min时，流速R1为1.7X10-12mm/min，而流速R2为4.7X10-9mm/min。因此，若能在弯曲主要渠道112的顶点处进行细胞筛选时，由于该区域的流速较慢，筛选过程便可以更有精确且更能避免流体自弯曲主要渠道112流进侧渠道114。如图17的实验数据所示，对于弯曲渠道，靠近外侧流道的流速确时会低于靠近内侧流道的流速。
图18是根据本发明实施例所绘示的具有弯曲主要渠道和弯曲收集渠道的筛选装置的俯视示意图。图18所示的装置100可视为是图14和图16中所示结构的结合。图18所示实施例的优点是，待筛选细胞可以被暂时存储在弯曲的收集渠道116中，以便在主要渠道112中所进行的筛选过程可以连续进行而不中断。而且，装置100可以用来分类不同类型的细胞。此外，在主要渠道112和收集渠道116中的流体可能以层流的方式流动，这代表在流体流动的过程中，主要渠道112和收集渠道116中的流体不会流入侧渠道114中，从而避免了不需要的细胞自主要渠道112流入收集渠道116，反之亦然。此外，由于主要渠道112的外侧流道的流速R1会低于主要渠道112的内侧流道的流速R2，因此若能在弯曲主要渠道112和侧渠道114的交界处筛选细胞，则筛选的过程会更精确和效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种利用影像操控电场力以筛选生物粒子的装置，其特征在于，包括：
一第一基板，包括一第一导电电极；
一第二基板，包括相对于所述第一导电电极而设置的一第二导电电极；
一流体渠道，被设置在所述第一导电电极以及所述第二导电电极之间；
一个或者多个感光层，共形地被设置在所述第一导电电极和所述第二导电电极的至少其中之一的表面上；以及
一入口孔洞，被设置在所述第一导电电极和所述第一基板中，其中所述入口孔洞包括邻近所述流体渠道的一第一开口以及远离所述流体渠道的一第二开口，所述第一开口的面积会大于所述第二开口的面积，而且所述入口孔洞包括自所述第一开口向所述第二开口逐渐减少的截面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一出口孔洞，被设置在所述第一导电电极和所述第一基板中，其中所述出口孔洞包括邻近所述流体渠道的一第三开口以及远离所述流体渠道的一第四开口，所述第三开口的面积会大于所述第四开口的面积，而且所述出口孔洞包括自所述第三开口向所述第四开口逐渐减少的截面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括至少两个设置于所述第一基板内的圆柱状穿孔，所述圆柱状穿孔会分别被连接至所述第二开口和所述第四开口。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括被设置在所述第二导电电极和所述第二基板中的一出口孔洞，其中所述出口孔洞包括邻近所述流体渠道的一第三开口以及远离所述流体渠道的一第四开口，所述第三开口的面积会大于所述第四开口的面积，而且所述出口孔洞包括自所述第三开口向所述第四开口逐渐减少的截面。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一基板以及所述第二基板各自包括一内侧面，且所述第一导电电极以及所述第二导电电极会分别被所述内侧面支持。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其中一个所述感光层会被共形地设置在所述第一导电电极的表面上，且其中另一个所述感光层会被共形地设置在所述第二导电电极的表面上。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体渠道包括一主要渠道和一侧渠道，且所述侧渠道的其中一端会被连接至所述主要渠道。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体渠道包括一弯曲主要渠道以及一侧渠道，且所述侧渠道的其中一端会被连接到所述弯曲主要渠道的一顶点。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述流体渠道还包括被连接至所述侧渠道另一端的一收集渠道，其中所述主要渠道的渠道宽度和所述侧渠道的渠道宽度间的比例介于1:1到10:1之间，且所述侧渠道的渠道宽度和收集渠道的渠道宽度间的比例介于1:1到1:10之间。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流体渠道是一半渗透渠道，被配置于让所述流体渠道内的离子扩散至所述流体渠道之外。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括被设置在所述第一基板以及所述第二基板之间的一中间层，其中所述流体渠道会被设置在所述中间层之中，且所述中间层由生物兼容材质组成。
12.一种运作权利要求1所述的装置的方法，其中所述装置还包括一主要渠道和连接至所述主要渠道的一侧渠道，其特征在于，所述方法包括：
(a)通过所述入口孔洞，以提供包括多个生物粒子的液体到所述主要渠道；
(b)当所述生物粒子流至所述主要渠道的一筛选区时，确认所述生物粒子；
(c)在所述生物粒子被确认之后，降低所述液体的流速或停止所述液体的流动；
(d)在步骤(c)后，定位所述生物粒子；
(e)照射一光区到所述筛选区；
(f)照射具有暗区的一光图形到所述筛选区，使得所述光图形会至少重迭其中至少一个所述生物粒子，其中所述暗区的亮度会暗于邻近于所述暗区的其他区域的亮度；以及
(g)移动所述光图形，并使重迭于所述光图形的所述生物粒子一起移动。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤(e)中，所述光区的面积会大于所述主要渠道的一半面积，且所述方法还包括：
(h)当所述光区被照射到所述筛选区时，扩大所述暗区的面积。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
(i)扩大所述暗区的面积，直到所述暗区的一外侧边缘抵到达所述光区的一边缘。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述装置还包括连接至所述侧渠道的一收集渠道，且所述方法还包括：
(j)移动重迭于所述光图形的所述生物粒子，使所述生物粒子被移动至所述收集渠道。
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