CN114192199A - 感测装置以及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种感测装置以及其使用方法。感测装置包含第一基板、第二基板、流道以及第一反应群组。第二基板与第一基板相对设置，流道设置于第一基板与第二基板之间，且流道包含流体边界。第一反应群组设置于第一基板上且包含第一反应部位、第二反应部位以及第三反应部位，第一反应部位比第二反应部位更靠近流体边界，且第一反应部位的尺寸大于或等于第二反应部位的尺寸，第二反应部位比第三反应部位更靠近流体边界，且第二反应部位的尺寸大于第三反应部位的尺寸。

Description

感测装置以及其使用方法
技术领域
本公开是有关于一种感测装置以及使用感测装置的方法，且本公开特别是有关于流体生物芯片(biochip)及其使用方法。
背景技术
使用精密的生物分子识别功能，例如，抗原-抗体、蛋白质-蛋白质以及蛋白质-DNA等的测量反应，在临床测试以及生物化学领域的测量中正成为重要的技术。此外，在生物化学研究领域中，DNA杂交(hybridization)的分析或DNA定序也被广泛使用。
目前已经开发了用于生物及化学分析的各种生物芯片，例如，微流体(microfluidic)芯片、微阵列(micro-array)芯片或微缩芯片实验室(lab-on-a-chip)。随着感测装置的蓬勃发展，人们对这些生物芯片的可靠性、品质及成本有很高的期望。
虽然现有的生物芯片已经大致上足以满足其预期目的，但是它们并非在所有方面皆完全令人满意。举例而言，样品的流体速度分布在不同反应部位(reaction site)是不均匀的，例如，在中心附近的反应部位的流体速度高于在边界附近的反应部位的流体速度，因此，样品在不同反应部位的整体加载率(overall loading rate)不均匀，其可能造成测试结果不准确。因此，生物芯片仍然存在一些尚待解决的问题。
发明内容
根据本公开一些实施例，提供一种感测装置，感测装置包含第一基板、第二基板、流道以及第一反应群组，第二基板与第一基板相对设置，流道设置在第一基板和第二基板之间，且流道包含流体边界。第一反应群组设置于第一基板上，且第一反应群组包含第一反应部位、第二反应部位以及第三反应部位，第一反应部位比第二反应部位更靠近流体边界，且第一反应部位的尺寸大于或等于第二反应部位的尺寸，第二反应部位比第三反应部位更靠近流体边界，且第二反应部位的尺寸大于第三反应部位的尺寸。
根据本公开一些实施例，提供一种使用感测装置的方法，方法包含提供感测装置，感测装置包含第一基板、第二基板、流道以及第一反应群组，第二基板与第一基板相对设置，流道设置于第一基板与第二基板之间，且流道包含流体边界。第一反应群组设置于第一基板上，且第一反应群组包含第一反应部位、第二反应部位以及第三反应部位，第一反应部位比第二反应部位更靠近流体边界，且第一反应部位的尺寸大于或等于第二反应部位的尺寸，第二反应部位比第三反应部位更靠近流体边界，且第二反应部位的尺寸大于第三反应部位的尺寸。此外，前述方法更包含以下步骤：将含有生物样品的溶液加载于流道中；施加电压于第一导电层以将生物样品固定于第一反应群组上；关闭施加于第一导电层的电压；以及将多余的生物样品从流道中洗去。
为了让本公开的特征、或优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
通过参考所附图式阅读以下详细的描述以及示例，可以更充分地理解本公开，其中：
图1A显示根据本公开一些实施例中的感测装置的示意图；
图1B显示根据本公开一些实施例中的感测装置的上视示意图；
图1C显示根据本公开一些实施例中沿着图1B中的截线A-A’取得的感测装置的剖面示意图；
图2A至图2C显示根据本公开一些实施例中的流道的上视示意图；
图3显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图4显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图5显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图6显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图7显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图8显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图9显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图10显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图11显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图；
图12A至图12E显示根据本公开一些实施例中于感测装置的使用方法的中间阶段的感测装置的剖面示意图；
图13A至图13D显示根据本公开一些实施例中于感测装置的使用方法的中间阶段的感测装置的剖面示意图；
图14A至图14D显示根据本公开一些实施例中于感测装置的使用方法的中间阶段的感测装置的剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、10A、10B、10C、10A’、10B’、10C’：感测装置
100：第一基板
102、102A、102B、102C：反应部位
104：第一间隔层
102R：第一反应群组
110：第一导电层
112：介电层
120：感测元件
200：第二基板
202：反应部位
202R：第二反应群组
204：第二间隔层
210：第二导电层
300：流道
302：入口
304：出口
300s：流体边界
400：生物样品
410：缓冲溶液
500：光学显微镜
A-A’：截线
d1、d2、d3：直径
DS：距离
Ex：延伸线
p：间距
W1、W2：宽度
具体实施方式
以下针对本公开的感测装置以及感测装置的使用方法作详细说明。以下的详细描述中，为了解释的目的，阐述许多具体细节以及实施例以便提供对本公开的透彻理解。以下所述特定的元件及排列方式仅为了简单清楚描述本公开一些实施例。然而，可理解的是，示例性的实施例仅用以说明为目的，且发明的概念可以以各种形式体现而不限于那些示例性的实施例。
此外，在不同实施例中可能使用相似及/或对应的符号以标示相似及/或对应的元件，以清楚地描述本公开的内容。然而，这些类似及/或对应的标号的使用仅为了简单清楚地叙述本公开一些实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。应理解的是，示例性的实施例的叙述应配合图式一并理解，本公开的图式亦被视为公开说明的一部分。本公开的图式可能并未按照比例绘制。此外，可能任意的放大或缩小元件的尺寸以便清楚表现出本公开的特征。为了简化图式，可示意性地绘示结构以及装置。
此外，「一层覆盖于另一层上」、「一层设置于另一层上方」、「一层设置于另一层上」以及「一层设置于另一层之上」等的表达可表示该层与另一层直接接触，或者该层与另一层不直接接触且该层与另一层之间存在一个或多个中间层的情形。
此外，在实施例中，可能使用相对性用语，例如「较低」、「底部」、「较高」或「顶部」，以描述图式的一个元件相对于另一元件的位置。应可理解的是，如果将图式的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在「较低」侧的元件将会成为在「较高」侧的元件。
应理解的是，虽然在此可使用用语「第一」、「第二」、「第三」等来叙述各种元件、组件、区域、层、部分及/或截面，这些元件、组件、区域、层、部分及/或截面不应被这些用语限定。这些用语仅是用来区别不同的元件、组件、区域、层、部分或截面。因此，以下讨论的第一元件、组件、区域、层、部分或截面可在不偏离本公开的教示的情况下被称为第二元件、组件、区域、层、部分或截面。
于文中，「约」以及「实质上(substantially)」等用语通常表示在一给定值或范围的10％内，或5％内、或3％之内、或2％之内、或1％之内、或0.5％之内。在本公开中给定的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明「约」以及「实质上」的情况下，仍可能隐含「约」以及「实质上」的含义。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包含技术及科学用语)具有与本公开所属技术领域的技术人员通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语例如在通常使用的字典中定义用语，应被解读成具有与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本公开实施例有特别定义。
根据本公开一些实施例，感测装置可包含反应群组(reaction group)，其在靠近流体边界区域(fluidic boundary region)的反应部位的尺寸比中心区域的反应部位大，借此补偿由于流道中的拋物线流速轮廓(parabolic flow velocity profile)造成的低样品加载率。因此，在流道的不同位置(例如，中心区域或边界区域)的反应部位的样品加载率可为均匀的，并且可以改善感测装置的可靠性或性能。此外，根据一些实施例，感测装置可以进一步包含设置于基板上的导电层，从而可以产生介电泳(dielectrophoretic，DEP)力或电泳(electrophoretic，EP)力以协助将介电或带电样品分别吸引至反应部位，据此可增加样品的加载效率。
图1A显示根据本公开一些实施例中的感测装置10的示意图。应理解的是，为了清楚起见，图1A中省略了感测装置10的一些组件。此外，应理解的是，根据本公开一些实施例，可添加额外的特征于感测装置10。
根据本公开的实施例，感测装置10可以不限于特定用途。根据一些实施例，感测装置10可以用于生物分析或生化分析，例如，感测装置10可以用于测量或分析DNA序列、DNA-DNA杂交、单核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism)、蛋白质相互作用、胜肽相互作用、抗原-抗体相互作用、蛋白质微阵列(microarray)、液体活检(liquid biopsy)、定量聚合酶连锁反应(quantitative polymerase chain reaction，qPCR)、葡萄糖监测、胆固醇监测等。
感测装置10可包含第一基板100、第二基板200以及流道300，第二基板200可与第一基板100相对设置，流道300可位于第一基板100与第二基板200之间。根据一些实施例，第一基板100与第二基板200之间可间隔一段距离，且流道300可为第一基板100与第二基板200之间所定义的空间。
根据一些实施例，第一基板100以及第二基板200的材料可包含有机材料、无机材料或前述的组合。例如，有机材料可包含环氧树脂(epoxy resin)、硅树脂(siliconeresin)(例如，聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS))、丙烯酸树脂(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA))、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)、全氟烷氧基树脂(perfluoroalkoxy alkane，PFA)、其它合适的材料或前述的组合，但不限于此。例如，无机材料可包含玻璃、陶瓷、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、其它合适的材料或前述的组合，但不限于此。此外，第一基板100的材料可以与第二基板200的材料相同或不同。
根据一些实施例，第一基板100可为互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，CMOS)基板。例如，第一基板100的材料可包含硅、硅上覆III-V族(III-V group on silicon)、硅上覆石墨烯(graphene-on-silicon)、绝缘层上覆硅(silicon-on-insulator)或前述的组合，但不限于此。
根据一些实施例，包含待检测或分析的样品的溶液可流过流道300，且样品可定位于第一基板100上的反应部位102(如图1B所示)上。此外，流道300可包含流体边界(fluidicboundary)300s(图式中以虚线标示)，且流体边界300s可位于流道300的周边区域。根据一些实施例，流体边界300s靠近流道300的边缘。如图1A所示，在流道300中流动的溶液可能呈现拋物线流速度轮廓，换言之，靠近流体边界300s的样品加载率可能低于中心区域的样品加载率。
根据本公开一些实施例，感测装置10可包含在靠近流体边界300s比在中心区域尺寸更大的反应部位102，以补偿由于流道300中的拋物线流速轮廓而导致的低样品加载率。具体而言，请参照图1B，图1B显示根据本公开一些实施例中的感测装置10的第一基板100的上视示意图。
感测装置10可包含多个第一反应群组102R，第一反应群组102R可设置于第一基板100上，且每个第一反应群组102R可包含多个反应部位102。根据一些实施例，反应部位102可为纳米点(nanospot)或纳米井(nanowell)。根据一些实施例，第一反应群组102R包含位于同一行中的反应部位102，且所述行可实质上垂直于与流道300的延伸方向。根据本公开的实施例，所述物体的「延伸方向」指的是沿着或实质上平行于物体的长轴的方向，例如，物体的长轴的方向为可围绕住物体的最小矩形的长边的延伸方向。
为了清楚说明，将三个反应部位102标记为反应部位102A、反应部位102B以及反应部位102C。如图1B所示，反应部位102A比反应部位102B更靠近流体边界300s，且反应部位102A的尺寸大于等于反应部位102B的尺寸。再者，反应部位102B比反应部位102C更靠近流体边界300s，且反应部位102B的尺寸大于反应部位102C的尺寸。
根据一些实施例，反应部位102A的面积与反应部位102C的面积的比可以在1.1：1至2：1的范围内。根据一些实施例，反应部位102A的面积与反应部位102B的面积的比可以在1.1：1至1.5：1的范围内。根据一些实施例，反应部位102的面积指的是反应部位102的底表面的面积。
换言之，根据一些实施例，随着反应部位102越靠近流体边界300s，部分的反应部位(例如，图中所示的反应部位102A及102B)的尺寸可逐渐地增加。另一方面，根据一些实施例，较远离流体边界300s的部分的反应部位102(例如，图中所示的反应部位102C)的尺寸可实质上维持相同。
具体而言，根据一些实施例，反应部位102A的直径d1可大于或等于第二反应部位102B的直径d2，且反应部位102B的直径d2大于反应部位102C的直径d3。根据一些实施例，反应部位102A的直径d1与反应部位102C的直径d3的比可以在1.1：1至2：1的范围内。根据一些实施例，反应部位102A的直径d1与反应部位102B的直径d2的比可以在1.1：1至1.5：1的范围内。
应理解的是，反应部位102的数量不限于图式中所示的数量。根据不同的实施例，可能具有更多或更少的反应部位102A(例如，最大的反应部位)、反应部位102B(例如，中间尺寸的反应部位)以及反应部位102C(例如，最小的反应部位)，可根据实际需求进行调整。根据不同的实施例，可具有不同的尺寸数量的反应部位102。举例而言，反应部位102的尺寸数量可多于三种，例如四种、五种、六种或七种不同的尺寸，但本公开不限于此。根据不同的实施例，反应部位102可以矩形阵列或六边形阵列设置，但本公开不限于此。
此外，反应部位102的形状不限于圆形，如图1B所示。根据另一些实施例，反应部位102可具有其它合适的形状，例如，椭圆形、矩形、六边形或其它任意合适的形状。根据一些实施例，反应部位102可能具有多于一种的形状。
请参照图1C，图1C显示根据本公开一些实施例中沿着图1B中的截线A-A’取得的感测装置的剖面示意图。再者，图1C亦标示出含有生物样品400的溶液在流道300中的平均流速。
如图1C所示，根据一些实施例，感测装置10可进一步包含第一间隔层104，第一间隔层104设置于第一基板100上并且位于第一基板100与第二基板200之间(如图3所示)。根据一些实施例，第一间隔层104可包含多个开口，且这些开口定义反应部位102。然而，根据另一些实施例，反应部位102可为形成于第一基板100中的开口。
根据一些实施例，反应部位102(反应部位102A、102B以及102C)之间的间距(pitch)p可为相同。根据一些实施例，位于反应部位102A与反应部位102B之间的第一间隔层104的宽度W1可小于位于反应部位102B与反应部位102C之间的第一间隔层104的宽度W2。根据一些实施例，第一间隔层104的宽度W1以及宽度W2分别指的是反应部位102A与反应部位102B之间的第一间隔层104的最小宽度、以及反应部位102B与反应部位102C之间的第一间隔层104的最小宽度。
根据一些实施例，第一间隔层104的材料可包含聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚醚砜(polyethersulfone，PES)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、玻璃、二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(SiN)、氧化钛(TiO2)、氮化钛(TiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)或前述的组合，但不限于此。
根据一些实施例，生物样品400可包含DNA、RNA、蛋白质、抗原、抗体、脂质微胞(lipid micelle)、生物分子包覆的纳米颗粒或前述的组合，但不限于此。根据一些实施例，第一反应群组102R的反应部位102可经自组装薄膜(self-assembly monolayer)修饰，以将生物样品400固定于溶液中。根据一些实施例，感测装置10可测量或分析由生物样品400所发出的荧光或化学发光(chemiluminescence)。
具体而言，根据一些实施例，反应部位102可选择性地经官能基团修饰，以捕捉生物样品400并将其固定于反应部位102上，固定的机制可包含表面电荷吸引、自组装共价结合、或生物亲和力，但不限于此。根据一些实施例，当生物样品400带负电荷时，反应部位102可以被修饰为带正电荷的。举例而言，反应部位102可经硅烷(silane)修饰，例如3-氨基丙基三乙氧基硅烷(3-aminopropyltriethoxysilane，APTES)或(3-缩水甘油醚氧基丙基)三乙氧基硅烷((3-glycidyloxypropyl)triethoxysilane，GPTES)。根据另一些实施例，当使用生物素标记(biotin tag)修饰生物样品400时，可使用链霉亲和素(streptavidin)修饰反应部位102。
如上所述，在流道300中流动的溶液呈现拋物线流速轮廓，在反应部位102A的平均流速或样品加载率可能低于在反应部位102B处的平均流速或样品加载率，相似地，在反应部位102B处的平均流速或样品加载率可能低于在反应部位102C处的平均流速或样品加载率。然而，由于靠近流体边界300s的反应部位102A或反应部位102B的尺寸大于较远离流体边界300s的反应部位102C的尺寸，因此可补偿在反应部位102A或反应部位102B的低样品加载率。通过此种构造，反应部位102的整体加载率(即，生物样品400的加载量)在流道300的不同区域中实质上为均匀的。
请参照图2A至图2C，图2A至图2C显示根据本公开一些实施例中的流道300的上视示意图。如图2A至图2C所示，流道300可包含入口302以及出口304，含有生物样品400的溶液可以从入口302进入流道300，并且从出口304离开流道300。根据一些实施例，第一反应群组102R(例如，如图1B所示，包含反应部位102A、102B以及102C)可位于同一截线A-A’上，且截线A-A’可垂直于入口302与出口304的延伸线Ex。根据一些实施例，延伸线Ex指的是入口302与出口304的中心点之间的连线。根据一些实施例，延伸线Ex可实质上平行于流道300的延伸方向。
如图2A所示，根据一些实施例，流道300可具有六边形形状。如图2B所示，根据一些实施例，流道300可具有叶片形状或具有弯曲的侧边。如图2C所示，根据一些实施例，流道300具有椭圆形状。此外，入口302以及出口304可位于流道300相对的两端。应注意的是，流道300的形状不限于前述的形状，根据不同的实施例，流道300可根据需求而具有其它任意合适的形状。
请参照图3，图3显示根据本公开一些实施例中的感测装置10A的剖面示意图。如图3所示，根据一些实施例，感测装置10A可进一步包含第一导电层110以及第二导电层210，第一导电层110可设置于第一基板100上且位于第一基板100与第一间隔层104之间，第二导电层210可设置于第二基板200上。根据一些实施例，感测装置10A可进一步包含位于第二基板200上的第二间隔层204，且第二导电层210可设置于第二基板200与第二间隔层204之间。
根据一些实施例，感测装置10A可进一步包含设置于第二基板200上的第二反应群组202R，第二反应群组202R可设置于第二基板200上，且每个第二反应群组202R可包含多个反应部位202。第二反应群组202R可与前述的第一反应群组102R相似，于此便不再重复。根据一些实施例，生物样品400可定位于第一基板100上的反应部位102上以及第二基板200上的反应部位202上。
根据一些实施例，第一基板100与第二基板200之间可间隔距离DS。根据一些实施例，距离DS可以在10μm至3mm或25μm至1mm的范围内，例如，50μm、100μm、250μm或500μm。
根据一些实施例，第一导电层110以及第二导电层210的材料可包含金属导电材料、透明导电材料或前述的组合。金属导电材料可包含铜(Cu)、银(Ag)、锡(Sn)、铝(Al)、钼(Mo)、钨(W)、金(Au)、铬(Cr)、镍(Ni)、铂(Pt)、钛(Ti)、铜合金、银合金、锡合金、铝合金、钼合金、钨合金、金合金、铬合金、镍合金、铂合金、钛合金、其它合适的导电材料或前述的组合，但不限于此。透明导电材料可包含透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)。举例而言，透明导电氧化物可包含氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)、氧化锡(tinoxide，SnO)、氧化锌(zinc oxide，ZnO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide，IGZO)、氧化铟锡锌(indium tin zinc oxide，ITZO)、氧化锑锡(antimony tin oxide，ATO)、氧化锑锌(antimony zinc oxide，AZO)或前述的组合，但不限于此。
根据一些实施例，设置于反应部位102下方的第一导电层110以及设置于反应部位202下方的第二导电层210可进一步提供主动力(例如，介电泳力或电泳力)以吸引生物样品400至反应部位102与反应部位202的表面上，因此，可改善生物样品400的加载效率。
请参照图4，图4显示根据本公开一些实施例中的感测装置10B的剖面示意图。应理解的是，后文中与前文相同或相似的组件或元件将以相同或相似之标号表示，其材料、制造方法与功能皆与前文所述相同或相似，故此部份于后文中将不再赘述。
如图4所示，根据一些实施例，感测装置10B可仅包含一层间隔层。例如，根据一些实施例，感测装置10B包含位于第一导电层110上的第一间隔层104，但是不包含位于第二导电层210上的第二间隔层204。换言之，感测装置10B包含仅位于基板(即，第一基板100)的一侧上的反应部位102。
请参照图5，图5显示根据本公开一些实施例中的感测装置10C的剖面示意图。如图5所示，根据一些实施例，感测装置10C可包含介电层112，介电层112设置于第一基板100上并且位于第一基板100与第一间隔层104之间。
根据一些实施例，介电层112可与第一反应群组102R部分地重叠，换言之，介电层112可与一部分的反应部位102重叠，但是不与另一部分的反应部位102重叠。根据一些实施例，介电层112可将第一导电层110分隔开，且介电层112可插入于第一导电层110的分开的部分之间。根据一些实施例，介电层112可位于流道300的中心区域附近并且远离流体边界300s。
根据一些实施例，介电层112的材料可包含氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氮化钛、光阻、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、其它合适的材料或前述的组合，但不限于此。
请参照图6至图8，图6至图8显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图。根据一些实施例，第一基板100可为不透明的(opaque)、透明的或半透明的，且第二基板200可为透明的或半透明的。根据一些实施例，第二基板200指的是感测装置的上基板。根据一些实施例，上基板(例如，第二基板200)的材料应为透明或半透明的，使得光线可以穿透过上基板，且使得光学显微镜500可用于观测生物样品400。
如图6所示，根据一些实施例，可使用光学显微镜500来观测在第一基板100上的反应部位102处的生物样品400以及在第二基板200上的反应部位202处的生物样品400。因此，根据一些实施例，可同时进行在第一基板100与第二基板200上的生物样品400的观测。如图7以及图8所示，根据一些实施例，感测装置仅在第一基板100上具有反应部位102，且光学显微镜500可用于观测在第一基板100上的反应部位102处的生物样品400。
请参照图9至图11，图9至图11显示根据本公开一些实施例中的感测装置的剖面示意图。根据一些实施例，第一基板100及/或第二基板200可为互补式金属氧化物半导体(CMOS)基板。在此种实施例中，第一基板100及/或第二基板200可为不透明的。再者，如图9至图11所示，感测装置可进一步包含多个感测元件120，且感测元件120可设置于第一基板100及/或第二基板200内。
根据一些实施例，感测元件120可为光电二极体(photodiode)或者可将测量的光线转换为电流的其它合适的光感测元件。具体而言，根据一些实施例，感测元件120可包含金属氧化物半导体(MOS)晶体管的源极以及漏极(未绘示)，其可将电流转移至其它组件，例如其它MOS晶体管。其它组件可包含用于将电流转换为数字信号的重置晶体管(resettransistor)、电流源极随耦器(current source follower)或列选择器(row selector)，但不限于此。
如图9所示，根据一些实施例，于感测装置10A’中，第一基板100以及第二基板200两者皆为CMOS基板，感测元件120可设置于第一基板100以及第二基板200内，并且分别与第一导电层110以及第二导电层210电性连接。
如图10所示，根据一些实施例，于感测装置10B’中，第一基板100为CMOS基板，而第二基板200不是CMOS基板。根据一些实施例，感测元件120可与第一导电层110接触。如图11所示，根据一些实施例，于感测装置10C’中，第一基板100为CMOS基板，而第二基板200不是CMOS基板。根据一些实施例，感测元件120与第一导电层110以及介电层112接触。
请参照图12A至图12E，图12A至图12E显示根据本公开一些实施例中于感测装置10A的使用方法的中间阶段之感测装置10A的剖面示意图。应理解的是，可于感测装置10A的使用方法之前、期间及/或之后提供额外的操作。根据一些实施例，以下描述的一些操作可以被取代或省略。
如图12A所示，方法可包含提供如上所述的感测装置10A，以及将含有生物样品400的溶液加载于流道300中。根据一些实施例，在将含有生物样品400的溶液加载于流道300中之后，可停止流动，将一些生物样品400固定于反应部位102以及反应部位202上。
接着，请参照图12B，方法可包含施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R的反应部位102上。根据一些实施例，电压可为直流(direct current，DC)电压，且生物样品400可通过电泳力被固定于反应部位102上。如图12B所示，于此阶段，第一导电层110可为带正电荷的，使得带负电荷的生物样品400被吸引至反应部位102。此外，方法可包含关闭施加于第一导电层110的电压。
接着，请参照图12C，在施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R上之后，方法可进一步包含反转(reverse)电压的方向以将生物样品400固定于第二反应群组202R的反应部位202上。如图12C所示，于此阶段，第二导电层210可为带正电荷的，使得带负电荷的生物样品400被吸引至反应部位202。值得注意的是，由于反应部位102上的生物样品400已通过官能基团的相互作用与反应部位102的表面交联(cross-link)，因此已固定于反应部位102上的生物样品400将不会被吸引至反应部位202。
此外，根据一些实施例，在施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R上的步骤之后，方法可进一步包含等待一时段使得固定稳定。根据一些实施例，时段可以在5秒至5小时的范围内，或10秒至3小时的范围内，或30秒至1小时的范围内，例如，1分钟、3分钟、5分钟、10分钟、或30分钟。
接着，请参照图12D，方法可包含将多余的生物样品400从流道300中洗去。根据一些实施例，缓冲溶液410可用于洗去多余的生物样品400，然后重新填充流道300。根据一些实施例实，缓冲溶液410可为与含有生物样品400的溶液相同类型的溶液。根据一些实施例，缓冲溶液410可包含磷酸盐缓冲盐水(phosphate-buffered saline，PBS)或Tris-EDTA(TE)缓冲溶液，但不限于此。
之后，如图12E所示，生物样品400可固定于第一基板100上的每个反应部位102以及第二基板200上的每个反应部位202上，生物样品400可充分地装载于感测装置10A的反应部位上。
应注意的是，根据图12A至图12E所示的实施例，由于第一导电层110以及第二导电层210为对称的，亦即被暴露出的第一导电层110以及第二导电层210的图案相同，因此生物样品400应带负电荷或带正电荷使得它们可以被电泳力吸引至反应部位102以及202。
请参照图13A至图13D，图13A至图13D显示根据本公开一些实施例中于感测装置10B的使用方法的中间阶段之感测装置10B的剖面示意图。应理解的是，可于感测装置10B的使用方法之前、期间及/或之后提供额外的操作。根据一些实施例，以下描述的一些操作可以被取代或省略。
如图13A所示，方法可包含提供如上所述的感测装置10B，以及将含有生物样品400的溶液加载于流道300中。根据一些实施例，在将含有生物样品400的溶液加载于流道300中之后，可停止流动，将一些生物样品400固定于反应部位102上。
接着，请参照图13B，方法可包含施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R的反应部位102上。根据一些实施例，电压可为交流(alternatingcurrent，AC)电压，且生物样品400可通过介电泳力被固定于第一反应群组102R的反应部位102上。根据一些实施例，交流电压的频率可以在1KHz至1GHz的范围内，例如，1MHz。此外，方法可包含关闭施加于第一导电层110的电压。
再者，根据一些实施例，在施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R上的步骤之后，方法可进一步包含等待一时段使得固定稳定。根据一些实施例，时段可以在5秒至5小时的范围内，或10秒至3小时的范围内，或30秒至1小时的范围内，例如，1分钟、3分钟、5分钟、10分钟、或30分钟。
接着，请参照图13C，方法可包含将多余的生物样品400从流道300中洗去。根据一些实施例，缓冲溶液410可用于洗去多余的生物样品400，然后重新填充流道300。之后，如图13D所示，生物样品400可固定于第一基板100上的每个反应部位102上，生物样品400可充分地装载于感测装置10B的反应部位上。
应注意的是，根据图13A至图13D所示的实施例，由于第一导电层110以及第二导电层210为不对称的，亦即被暴露出的第一导电层110以及第二导电层210的图案不同，因此生物样品400可为不带电、带负电荷或带正电荷的，且它们皆可通过介电泳力被吸引至反应部位102。
请参照图14A至图14D，图14A至图14D显示根据本公开一些实施例中于感测装置10C的使用方法的中间阶段的感测装置10C的剖面示意图。应理解的是，可于感测装置10C的使用方法之前、期间及/或之后提供额外的操作。根据一些实施例，以下描述的一些操作可以被取代或省略。
如图14A所示，方法可包含提供如上所述的感测装置10C，以及将含有生物样品400的溶液加载于流道300中。根据一些实施例，在将含有生物样品400的溶液加载于流道300中之后，可停止流动，并且可以通过适当的静置时间将一些生物样品400固定于反应部位102上。感测装置10C包含位于反应部位102C下方的介电层112，平均流速在反应部位102C相对较高且均匀，因此，可不需要额外的电引力。
接着，请参照图14B，方法可包含施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R的反应部位102A以及102B上。根据一些实施例，电压可为交流(AC)电压，且生物样品400可通过介电泳力被固定于第一反应群组102R的反应部位102A以及102B上。根据一些实施例，交流电压的频率可以在1KHz至1GHz的范围内，例如，1MHz。此外，方法可包含关闭施加于第一导电层110的电压。
再者，根据一些实施例，在施加电压于第一导电层110以将生物样品400固定于第一反应群组102R上的步骤之后，方法可进一步包含等待一时段使得固定稳定。根据一些实施例，时段可以在5秒至5小时的范围内，或10秒至3小时的范围内，或30秒至1小时的范围内，例如，1分钟、3分钟、5分钟、10分钟、或30分钟。
接着，请参照图14C，方法可包含将多余的生物样品400从流道300中洗去。根据一些实施例，缓冲溶液410可用于洗去多余的生物样品400，然后重新填充流道300。之后，如图14D所示，生物样品400可固定于第一基板100上的每个反应部位102上，且一些生物样品400可位于介电层112上，生物样品400可充分地装载于感测装置10C的反应部位上。
应注意的是，根据图14A至图14D所示的实施例，由于第一导电层110以及第二导电层210为不对称的，亦即被暴露出的第一导电层110以及第二导电层210的图案不同，因此生物样品400可为不带电、带负电荷或带正电荷的，且它们皆可通过介电泳力被吸引至反应部位102。
综上所述，根据一些实施例，感测装置可包含反应群组，其在靠近流体边界区域的反应部位的尺寸比中心区域的反应部位大，借此补偿由于流道中的拋物线流速轮廓造成的低样品加载率。因此，在流道的不同位置(例如，中心区域或边界区域)的反应部位的样品加载率可为均匀的，并且可以改善感测装置的可靠性或性能。此外，根据一些实施例，感测装置可以进一步包含设置于基板上的导电层，从而可以产生介电泳力或电泳力以协助将介电或带电样品分别吸引至反应部位，据此可增加样品的加载效率。
虽然本公开的实施例及其优点已公开如上，然而，应理解的是，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离后附的权利要求所界定的本公开的精神以及范围内，当可作更动、替代与润饰。例如，本发明所属技术领域中具有通常知识者能够轻易地理解，本文描述的许多特征、功能、过程以及材料可以在维持本公开的范围内的情况下进行改变。此外，本公开的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何本发明所属技术领域中具有通常知识者可从本公开揭示内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本公开使用。因此，本公开的保护范围包含上述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。

Claims (17)

1.一种感测装置，包括：
一第一基板；
一第二基板，与该第一基板相对设置；
一流道，设置于该第一基板与该第二基板之间，该流道包括一流体边界；以及
一第一反应群组，设置于该第一基板上，该第一反应群组包括一第一反应部位、一第二反应部位以及一第三反应部位，
其中该第一反应部位比该第二反应部位更靠近该流体边界，且该第一反应部位的尺寸大于或等于该第二反应部位的尺寸，以及
其中该第二反应部位比该第三反应部位更靠近该流体边界，且该第二反应部位的尺寸大于该第三反应部位的尺寸。
2.如权利要求1所述的感测装置，其中该第一反应部位的直径大于或等于该第二反应部位的直径，且该第二反应部位的直径大于该第三反应部位的直径，且该第一反应部位的直径与该第三反应部位的直径的比在1.1：1至2：1的范围内，且该第一反应部位的直径与该第二反应部位的直径的比在1.1：1至1.5：1的范围内。
3.如权利要求1所述的感测装置，其中该第一反应部位、该第二反应部位以及该第三反应部位之间的间距为相同的。
4.如权利要求1所述的感测装置，其中该流道包括一入口以及一出口，该第一反应部位以及该第二反应部位位于同一截线上，且该截线垂直于该入口与该出口的一延伸线。
5.如权利要求1所述的感测装置，还包括：
一间隔层，设置于该第一基板与该第二基板之间；
一第一导电层，设置于该第一基板与该间隔层之间；以及
一第二导电层，设置于该第二基板上。
6.如权利要求1所述的感测装置，还包括：
一间隔层，设置于该第一基板与该第二基板之间；
一介电层，设置于该第一基板上且位于该第一基板与该间隔层之间，其中该介电层与该第一反应群组部分地重叠。
7.如权利要求1所述的感测装置，其中该第一基板为一互补式金属氧化物半导体基板，且该第一基板为不透明的、透明的或半透明的。
8.如权利要求1所述的感测装置，其中该第一反应群组是经自组装薄膜修饰以固定一溶液中的生物样品。
9.如权利要求1所述的感测装置，还包括：
一第二反应群组，设置于该第二基板上，且该第二基板为透明的或半透明的。
10.一种感测装置的使用方法，包括：
提供一感测装置，包括：
一第一基板；
一第二基板，与该第一基板相对设置；
一流道，设置于该第一基板与该第二基板之间，该流道包括一流体边界；
一第一导电层，设置于该第一基板上；
一第二导电层，设置于该第二基板上；
一第一反应群组，设置于该第一基板上，该第一反应群组包括一第一反应部位、一第二反应部位以及一第三反应部位，其中该第一反应部位比该第二反应部位更靠近该流体边界，且该第一反应部位的尺寸大于或等于该第二反应部位的尺寸，以及其中该第二反应部位比该第三反应部位更靠近该流体边界，且该第二反应部位的尺寸大于该第三反应部位的尺寸；
将一含有生物样品的溶液加载于该流道中；
施加一电压于该第一导电层以将生物样品固定于该第一反应群组上；
关闭施加于该第一导电层的该电压；以及
将多余的生物样品从该流道中洗去。
11.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，其中该电压为一直流电压，且生物样品通过电泳力被固定于该第一反应群组上。
12.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，其中，该电压为一交流电压，生物样品通过介电泳力被固定于该第一反应群组上，且该交流电压的频率在1KHz至1GHz的范围内。
13.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，其中该感测装置还包括一间隔层，该间隔层设置于该第一基板与该第二基板之间。
14.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，其中该感测装置还包括一介电层，该介电层设置于该第一基板上且将该第一导电层分隔开，其中该介电层与该第一反应群组部分地重叠。
15.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，其中该感测装置还包括一第二反应群组，该第二反应群组设置于该第二基板上。
16.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，在施加该电压于该第一导电层以将生物样品固定于该第一反应群组上的步骤之后，还包括反转该电压的方向以将生物样品固定于该第二反应群组上。
17.如权利要求10所述的感测装置的使用方法，在施加该电压于该第一导电层以将生物样品固定于该第一反应群组上的步骤之后，还包括等待一时段，其中该时段在5秒至5小时的范围内。
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