TW201422817A - 生物感測晶片結構 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種生物感測晶片結構，其包括有一光纖、至少一濾氣膜、一上蓋及一基板。該光纖的外表面包括有至少一感測部；該上蓋包括有排氣道、導流道、進口流道及出口流道，該導流道貫通該基板，該排氣道兩端分別相接於兩相異導流道的上端部，該濾氣膜貼附於該排氣道上方，使該排氣道與該上蓋的外側相隔絕；該基板包括有樣本測試區及引流道，該引流道、進口流道、導流道、樣本測試區、出口流道互相連接；該光纖夾持於該上蓋與基板間，該感測部位於該樣本測試區內，該光纖的感測部定義一光軸，該光軸與該引流道相交夾一角度。
Description
本發明係關於一種生物感測晶片結構，特別是關於一種用於感測光纖式生物奈米顆粒的生物感測晶片結構。
一直以來，生物學者習慣將Lab-on-a-chip視為最為有效的分子檢測應用方式，其主要開發方式係在於一生物晶片上設計流道與結構，並在該流道內一次性地完成多項生物步驟的實驗，或是進行大量樣品的檢測。例如，以晶片分析DNA、蛋白質等生物巨分子，並在晶片上培養並觀察生物細胞，或在該流道內進行生物分子間的反應關係實驗等研究。
目前有一種最新的FOPPR(Fiber Optic Particle Plasmon Resonance)技術，這是一種光纖式奈米生物感測裝置，其利用光學吸收式的SPR光纖來吸收光波，用以偵測生物蛋白質的各種生理特性，作為蛋白質免疫分析的生物學基礎。FORPPR技術不僅可應用在蛋白質定量上，也可偵測蛋白質彼此之間與蛋白質與小分子間的交互作用及動力學量測；最重要的是，FOPPR系統僅需要一個捕捉抗體即可達到高靈敏度的蛋白質定量需求。一般而言，FOPPR系統利用Lab-on-a-chip的概念，在一簡單的流道內設置光纖來進行生物分子交互作用的研究；詳細來說，其係運用金奈米粒子附著於光纖的感應區，並接枝上生物配體；當待分析的生物樣本在晶片內與光纖的金奈米顆粒接觸時，即可觀察生物樣本與配體間因交互作用而產生的訊號異動狀況，進而執行該生物樣本的定量實驗或定性實驗。
然而，當利用該生物樣本進行流道測試時，在該槽道邊壁或流道內的光纖表面，常會產生氣泡堆積現象，嚴重影響光纖感應區的金奈米表面之電漿作用，使得實驗訊號判讀失效或無法繼續進行。
為了解決此一問題，Lab Chip期刊在2011年11月P.1688-1693發表了”A membrane-based,high-efficiency,microfluidic debubbler”，其揭露了一種防水透氣功能的PTFE薄膜，該薄膜結合具有高度差的流道，而使流體通過PTFE時透過壓力差變化而將氣泡內的氣體會排出。另一期刊Micromachines在2012年Vol.3,P.218-224發表了”High-Throughput Micro-Debubblers for Bubble Removal with Sub-Microliter Dead Volume”，其係利用疏水性材質作為可透氣的防水材料，再利用氣泡較液體浮力大的特性而讓氣泡自然藉由穿過疏水材質離開流道，用以成功地去除流體中的氣泡。又一期刊Biomed Microdevices在2009年Vol.11,P.731-738發表了”Prevention of air bubble formation in a microfluidic perfusion cell culture system using a microscale bubble trap”，其係設計一個泡泡的trapper，藉由該結構的設計而使超過結構孔洞的泡泡卡住，無法跟著流體通過，用以去除流體內的氣泡。然而，上述結構不是成本花費較高，便是結構複雜使得實驗不易複製，均不甚理想。
因此，如何有效、容易地解決生物晶片之流道內的氣泡堆積問題，提升光纖感應區的金奈米表面的電漿反應作用，使人們正確判讀實驗參數，這是本領域具有通常知識者努力的目標。
本發明主要目的在解決生物晶片之流道內的氣泡堆積問題，提升光纖感應區的金奈米表面的電漿反應作用，使人們正確判讀生物晶片實驗的參數。
為達上述及其他目的，本發明提供一種生物感測晶片結構，其包括有一光纖、至少一濾氣膜、一上蓋及一基板。該光纖的外表面包括有至少一感測部；該上蓋包括有至少一排氣道、至少二導流道、一進口流道及一出口流道，該導流道貫通該基板，該排氣道兩端分別相接於兩相異導流道的上端部，該濾氣膜貼附於該排氣道上方，使該排氣道與該上蓋的外側相隔絕；該基板包括有一樣本測試區及多個引流道，該引流道連接該進口流道與該導流道、連接該導流道與該樣本測試區、且連接該樣本測試區與該出口流道；該光纖夾持於該上蓋與基板間，該感測部位於該樣本測試區內，該光纖的感測部定義一光軸，該光軸與該引流道相交夾一角度。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該上蓋的上表面更包括有至少一容置空間，該容置空間與該排氣道相鄰設，該濾氣膜可選擇性地設置於該容置空間內。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該導流道呈上下垂直設置。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該引流道呈水平設置。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該濾氣膜、該排氣道的數目為多個，該引流道連接相異排氣道的兩導流道。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該角度介於1~90度之間。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該基板上更設置有至
少一擋板，該擋板圍繞並隔絕該引流道；該擋板突出並高於該基板的上表面。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該基板上更設置有至少一擋板，該擋板圍繞並隔絕該引流道；該擋板外側更包括有一點膠槽，該點膠槽下凹並緊鄰該擋板。
如上所述生物感測晶片結構，其中，該基板上更包括有多個凸接點，該凸接點固定至該上蓋或穿設該上蓋。
綜合上述，本發明所述的生物感測晶片結構1，可以解決生物晶片之流道內的氣泡堆積問題，提升光纖感應區的金奈米表面的電漿反應作用，使人們正確判讀生物晶片實驗的參數，具有龐大的研發應用潛力。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制。
請參閱圖1~圖3，圖1為本發明之生物感測晶片結構的分解示意圖，圖2A~圖2C為本發明之生物感測晶片結構的結合示意圖，圖3為本發明之生物感測晶片結構的樣本流體之流動示意圖。如圖1所示，本發明的生物感測晶片結構1，其包括有一上蓋11、一基板12、一光纖13及兩濾氣膜14。其中，該光纖13中段的外表面包括有一感測部131，該感測部131以化學鍵鍵結方式修飾上金奈米顆粒，其藉由表面電漿共振(surface plasmon resonance，SPR)效應，而達到偵測、感應生物蛋白質的特性，用以作為蛋白質免疫分析的生物學基礎。該上蓋11的上表面包括有排氣道114、117、導流道113、115、116、
118、一進口流道111及一出口流道112。該導流道113、115、116、118於上下垂直的方向上貫通該基板12，該排氣道114的左右兩端分別相接於導流道113、115的上端部，該排氣道117的左右兩端分別相接於導流道116、118的上端部；因此，如圖3所示，該導流道113、排氣道114、導流道115三者依序相接排列而形成「ㄇ」字形；相同的，該導流道116、排氣道117、導流道118三者依序相接排列而形成「ㄇ」字形。另外，該濾氣膜14可自上朝下移動，選擇性地貼附於該排氣道114、117上方，使該排氣道114、117與該上蓋11的外側相隔絕。
如圖1與圖2A所示，該基板12的上表面包括有一樣本測試區124、多個擋板129、一點膠槽128、多個凸接點125及多個水平設置的引流道121、122、123。其中，該擋板129圍繞並隔絕該引流道121、122、123，該點膠槽128位於該擋板129外側，且呈下凹狀態並緊鄰該擋板129。
若將該上蓋11與該基板12上下互相對準疊合時，該凸接點125即可用以固定該上蓋11或穿設該上蓋11，用以作為定位與固定的功能(如圖2B所示)。此外，該上蓋11與該基板12疊合之後，該光纖13即可夾持於該上蓋11與該基板12間，使該光纖13的感測部131位於該樣本測試區124內，而且，該光纖13的感測部131與該樣本測試區124定義一光軸(A1)，該光軸(A1)與該引流道121、122或該引流道123相交夾一角度(θ)；一般而言，該角度(θ)較佳係介於1~90度之間。如此一來，如圖2A與圖3所示，該引流道121即可連接該進口流道111與該導流道113；靠右方的引流道123即可連接該導流道118與該樣本測試區124；靠左方的引流道123即可連接該樣本測試區124與該出口流道112；該引流道122即可連接相異排
氣道的兩導流道(亦即，該引流道122的左端部連接該導流道116，該引流道122的右端部連接該導流道115)。
再來，當人們欲進行生物樣品分析試驗時，即可將兩濾氣膜14由上而下覆蓋、貼附在該排氣道114、117上方，用以隔絕該排氣道114、117內部的流體，避免該流體漏露溢出。在此，該濾氣膜14係一種具有化學惰性之奈米孔洞結構的聚合纖維織物，因此可容許氣體穿過，但流體無法滲透該濾氣膜14。藉此，當生物樣品分析試驗時所需之實驗的樣本流體由該上蓋11的進口流道111注入時，該樣本流體即可依序流經該引流道121、導流道113、排氣道114、導流道115、引流道122、導流道116、排氣道117、導流道118，然後再經由該引流道123而自該出口流道112流出，離開該生物感測晶片結構1。因此，該樣本流體在該生物感測晶片結構1內係依序流經上下起伏的通道而排出。
再來，當本發明的生物感測晶片結構1的上蓋11與基板12疊合，實驗測試的樣本流體在該導流道113、116內進入該排氣道114、117之後，該樣本流體內的氣泡即可因為透氣的濾氣膜14，而將氣泡內的氣體排出，降低或消除液體內的氣泡數量，然後該樣本流體才依序經由該導流道118、引流道123而進入該樣本測試區124，不會影響該光纖13之感測部131的偵測精準度，提昇整體實驗的效益。在此，其樣本流體內的氣體可以經由該濾氣膜14而向上排出的原理，係在於該空氣比液體輕與槽道結構之加壓作用，使得氣泡可向上排擠、析出。此外，經過本案發明人多次實驗，該引流道121、122、123的高度(D1)較佳係為0.8mm，該排氣道114、117的高度(D2)較佳係為0.25mm；如此，可使樣品流體的流速與氣泡排出的效率達
到最佳化的狀態。還有，該光軸(A1)與該引流道121、122、123相交夾一角度(θ)，可以使該樣本流體流入該樣本測試區124時，避免造成過大的流體衝擊而產生氣泡；如此可確保該生物感測晶片結構1的內部，其氣泡產生率降至最低。
此外，在較佳實施例中，該上蓋11的上表面更包括有至少一容置空間119，該容置空間119稍微凹陷於該上蓋11的上表面；由圖1與圖3觀之，該容置空間119與該排氣道114、117相鄰設，該濾氣膜14則可選擇性地設置並貼附於該容置空間119內。如此，該生物感測晶片結構1的上表面較為平整。
最後，如圖4與圖1所示，該生物感測晶片結構1的上蓋11與基板12在接合時，該擋板129外側的點膠槽128下凹並緊鄰該擋板129，且該擋板129突出並高於該基板12的上表面。此一結構的目的在於，當該上蓋11與該基板12對應疊合時，該上蓋11的封阻部位11A即可將該點膠槽128內的膠水封閉，因此該膠水可用以黏接固定該上蓋11與基板12，並避免該膠水溢出而越過該擋板129，進入該引流道121、122內部，阻塞了樣本流體。
藉此，本發明的生物感測晶片結構1可提供高靈敏度的生物檢測需求，並藉著抑制流體造成的光學訊號擾動，以降低生物化學量測時的背景雜訊。
綜上所述，本發明所述的生物感測晶片結構1，可以有效抑制生物晶片之流道內的氣泡生成，提升光纖感應區的金奈米表面的電漿共振反應作用，使人們正確判讀生物晶片實驗的參數，具有龐大的研發應用潛力。
本發明以實施例說明如上，然其並非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍
及其等同領域而定。凡本領域具有通常知識者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
1‧‧‧生物感測晶片結構
11‧‧‧上蓋
11A‧‧‧封阻部位
111‧‧‧進口流道
112‧‧‧出口流道
113、115、116、118‧‧‧導流道
114、117‧‧‧排氣道
119‧‧‧容置空間
12‧‧‧基板
121、122、123‧‧‧引流道
124‧‧‧樣本測試區
125‧‧‧凸接點
128‧‧‧點膠槽
129‧‧‧擋板
13‧‧‧光纖
131‧‧‧感測部
14‧‧‧濾氣膜
A1‧‧‧光軸
D1、D2‧‧‧高度
θ‧‧‧角度
圖1為本發明之生物感測晶片結構的分解示意圖。
圖2A~圖2C為本發明之生物感測晶片結構的結合示意圖。
圖3為本發明之生物感測晶片結構的樣本流體之流動示意圖。
圖4為本發明之生物感測晶片結構的擋板、點膠槽之結合示意圖。
1‧‧‧生物感測晶片結構
11‧‧‧上蓋
111‧‧‧進口流道
112‧‧‧出口流道
113、115、116、118‧‧‧導流道
114、117‧‧‧排氣道
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121、122、123‧‧‧引流道
124‧‧‧樣本測試區
125‧‧‧凸接點
128‧‧‧點膠槽
129‧‧‧擋板
13‧‧‧光纖
131‧‧‧感測部
14‧‧‧濾氣膜
Claims (10)
- 一種生物感測晶片結構，其包括：一光纖，該光纖的外表面包括有至少一感測部；至少一濾氣膜；一上蓋，該上蓋包括有至少一排氣道、至少二導流道、一進口流道及一出口流道，該導流道貫通該基板，該排氣道兩端分別相接於兩相異導流道的上端部，該濾氣膜貼附於該排氣道上方，使該排氣道與該上蓋的外側相隔絕；一基板，該基板包括有一樣本測試區及多個引流道，該引流道連接該進口流道與該導流道、連接該導流道與該樣本測試區、且連接該樣本測試區與該出口流道；其中，該光纖夾持於該上蓋與基板間，該感測部位於該樣本測試區內，該光纖的感測部定義一光軸，該光軸與該引流道相交夾一角度。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該上蓋的上表面更包括有至少一容置空間，該容置空間與該排氣道相鄰設，該濾氣膜可選擇性地設置於該容置空間內。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該導流道呈上下垂直設置。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該引流道呈水平設置。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該濾氣膜、該排氣道的數目為多個，該引流道連接相異排氣道的兩導流道。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該角度介於1~90度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該基板上更設置有至少一擋板，該擋板圍繞並隔絕該引流道。
- 如申請專利範圍第7項所述的生物感測晶片結構，其中，該擋板突出並高於該基板的上表面。
- 如申請專利範圍第7項所述的生物感測晶片結構，其中，該擋板外側更包括有一點膠槽，該點膠槽下凹並緊鄰該擋板。
- 如申請專利範圍第1項所述的生物感測晶片結構，其中，該基板上更包括有多個凸接點，該凸接點固定至該上蓋或穿設該上蓋。
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