TW201610428A - 微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種微流體葡萄糖檢測器，用於檢測待測溶液在動態情況下的葡萄糖濃度，包括一葡萄糖檢測元件及一微流體元件。在一實施例中，上述葡萄糖檢測元件包括：基板；感測膜，形成於基板上方；導線層，形成於基板上方且電性連接感測膜；絕緣層，形成於感測膜及導線層上方，其中絕緣層具有開口露出該感測膜；酵素選擇膜，固定於開口所露出之感測膜上，使感測膜具有酵素專一性。上述微流體元件係設置於上述葡萄糖檢測元件上，以提供待測溶液一流經酵素選擇膜之流體通道。
Description
本發明係有關於一種生醫檢測器，特別係有關於一種結合葡萄糖檢測元件及微流體(microfluidics)元件之微流體葡萄糖檢測器，及包括其之生醫檢測系統。
糖尿病為台灣十大死亡病因之一，在台灣糖尿病患者約占全體人口的4~5%，即全台約有100萬人罹患糖尿病。
對於糖尿病患者，血糖的監測是極為重要的，然而醫院中大型檢測儀器耗費時間長、採血量多、需要專業人員操作，皆不利於病人自我監控，因此可被非專家型人員於原地或居家使用的可攜式生物感測儀器應運而生。
Clark與Lyons等人於1962年首次提出以酵素電極作為生物感測儀器之概念，隨後許多公司便推出商業化的血液葡萄糖檢測器。葡萄糖檢測器是以葡萄糖氧化酵素(Glucose Oxidase)作為電極，藉由氧氣、水與葡萄糖氧化酵素可將葡萄糖氧化成葡萄糖酸內酯(Gluconolactone)與雙氧水，雙氧水再分解成氧氣及氫離子並產生電流，藉由監測產生的電流量即可得知葡萄糖的含量。
微流體技術的概念是由Manz與Widme於1990年首
先提出，他們發展了一種微型全分析系统架構，可將常用的實驗分析步驟如：樣品預置、反應、分離及檢測等，整合於一個小空間進行分析且所需反應時間非常短。微流體元件(microfluidics device)由於微型全分析系統的體積極小可攜帶，且具有精確度高及可快速檢驗等優點，因此被廣泛地應用於電子、機械、化學分析或生物醫學等領域。
生醫微流體元件利用微機電系統加工技術將傳統生化分析中所需的裝置集中製作於微流體元件上，以進行生醫樣品的前處理、混合、運輸、分離及偵測等步驟。目前生醫微流體元件，例如：生物晶片的主要應用領域包括基因表現分析、疾病診斷、藥物篩選、基因定序、蛋白質分析等。然而，目前微流體元件仍有設計複雜、操作困難且成本較高等問題尚待克服。
本發明提供一種微流體葡萄糖檢測器，用於檢測待測溶液在動態情形下的葡萄糖濃度，在一實施例中，微流體葡萄糖檢測器包括一葡萄糖檢測元件及一微流體元件，其中上述葡萄糖檢測元件包括：基板；感測膜，形成於基板上方；導線層，形成於基板上方且電性連接感測膜；絕緣層，形成於感測膜及導線層上方，其中絕緣層具有開口露出該感測膜；酵素選擇膜，固定於開口所露出之感測膜上，使感測膜具有酵素專一性；以及其中，微流體元件設置於上述葡萄糖檢測元件上，以提供待測溶液一流經葡萄糖檢測元件的酵素選擇膜之流體通道。
此外，本發明亦提供一種微流體葡萄糖生醫檢測系統，在一實施例中，微流體葡萄糖生醫檢測系統包括：底部固定基板；上述之微流體葡萄糖檢測器，設置於底部固定基板上；頂部固定基板，設置於微流體葡萄糖檢測器之上；溶液傳輸裝置，將待測溶液注入及導出微流體葡萄糖檢測器；以及廢液槽，收集經檢測之待測溶液。
10‧‧‧微流體葡萄糖生醫檢測系統
20‧‧‧微流體葡萄糖檢測器
20a‧‧‧微流體葡萄糖檢測器之流道入口
20b‧‧‧微流體葡萄糖檢測器之流道出口
22‧‧‧葡萄糖檢測元件
24‧‧‧微流體元件
30‧‧‧底部固定基板
32‧‧‧黏著材料
40‧‧‧頂部固定基板
40a‧‧‧孔洞
40b‧‧‧孔洞
50‧‧‧溶液傳輸裝置
52‧‧‧注射幫浦
54‧‧‧注射針頭
56‧‧‧入口管線
58‧‧‧出口管線
60‧‧‧廢液槽
222‧‧‧基板
224‧‧‧感測膜
226‧‧‧導線層
228‧‧‧絕緣層
230‧‧‧酵素選擇膜
以下將配合所附圖式詳述本發明之實施例，應注意的是，以下圖示並未按照比例繪製，事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸以便清楚表現出本發明的特徵，而在說明書及圖式中，同樣或類似的元件將以類似的符號表示。
第1A圖係本揭露一實施例中，微流體葡萄糖檢測器之示意圖。
第1B圖係本揭露一實施例中，葡萄糖檢測器之分解圖。
第2A圖係本揭露一實施例中，微流體葡萄糖生醫檢測系統之示意圖。
第2B圖係本揭露一實施例中，部分(第2A圖虛線內的部分)微流體葡萄糖生醫檢測系統之分解圖。
第3A~3F圖係本揭露一些實施例中，分別在不同流率的情況下，微流體葡萄糖生醫感測系統量測葡萄糖溶液濃度100mg/dL、200mg/dL、300mg/dL、400mg/dL、及500mg/dL之結果。
以下公開許多不同的實施方法或是例子來實行本發明之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的例子以闡述本發明。當然這些僅是例子且不該以此限定本發明的範圍。例如，在描述中提及第一個元件形成一第二個元件上時，其可以包括第一個元件與第二個元件直接接觸的實施例，也可以包括有其他元件形成於第一個與第二個元件之間的實施例，其中第一個元件與第二個元件並未直接接觸。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示，這些重複僅為了簡單清楚地敘述本揭露，不代表所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
本揭露提供了一種微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統，用以量測待測溶液在動態情形下的葡萄糖濃度。
第1A圖為一實施例中微流體葡萄糖檢測器20之示意圖。如第1A圖所示，微流體元件24設置於葡萄糖檢測元件22之上，可提供流經葡萄糖檢測元件22的流體通道，以使待測流體流經葡萄糖檢測元件22的酵素選擇膜230(請參見第1B圖)之流體通道。微流體葡萄糖檢測器20上方具有流道入口20a及流道出口20b，提供待測流體通過微流體葡萄糖檢測器20之入口及出口。此外，微流體葡萄糖檢測器20可用於檢測待測溶液在動態情形下的葡萄糖濃度。
第1B圖為一實施例中葡萄糖檢測元件22之分解圖，如第1B圖所示，葡萄糖檢測元件22主要包括基板222、感
測膜224、導線層226、絕緣層228以及酵素選擇膜230。
首先，將感測膜224形成於基板222上方，在一實施例中，基板222的材料可為可撓式基板，例如：可撓式塑膠基板、可撓式玻璃基板或可撓式不銹鋼基板。基板222的材料也可以是非可撓式基板，例如，非可撓式玻璃基板或矽基板。而感測膜224的材料可為釕氧化物、錫氧化物、氧化銦鎵鋅或其他金屬氧化物，例如，感測膜224可為二氧化釕(RuO2)。在一實施例中，葡萄糖檢測元件22是利用射頻濺鍍(radio frequency sputtering)製程將圖案化之感測膜224沉積於基板222之上。
再者，將導線層226形成於基板222及感測膜224上方，導線層226與感測膜224部分接觸並電性連接感測膜224。在一實施例中，導線層226電性連接感測膜224及外部訊號分析系統(圖未顯示)。待測溶液中的葡萄糖氧化反應所產生之電流會藉由感測膜224及導線層226傳送至外部的訊號分析系統，並由訊號分析系統對感測訊號執行儲存、分析、顯示等功能。
導線層226的材料可為導電膠體、銀膠導線、銀鈀膠導線、碳膠導線或其他具有導電功能之材料。在一實施例中，可利用網版印刷技術(screen printing)沉積導線層226於基板222及感測膜224之上，並於100℃~150℃的溫度範圍下加熱10~50分鐘，例如，於120℃下加熱30分鐘。
接著，將絕緣層228形成於感測膜224及導線層226上方，絕緣層228具有一或複數個開口露出部分的感測膜。絕緣
層228的材料可為環氧樹脂(epoxy resin)、聚胺酯樹脂、聚苯乙烯或其他絕緣膠體。可利用網版印刷技術沉積絕緣層228於基板222及導線層226之上，並於100℃~150℃的溫度範圍下加熱60~120分鐘，例如，在一實施例中，可於120℃加熱90分鐘。
最後，將酵素選擇膜230重疊固定於絕緣層228之一或複數個開口所露出的感測膜224上，使感測膜具有酵素專一性。在一實施例中，葡萄糖酵素選擇膜230重疊固定於感測膜224之上，使得感測膜224具有對葡萄糖酵素之專一檢測特性，便可專門用以偵測待測溶液中之葡萄糖濃度。在一實施例中，可以1：0.5~2.5的比例混合葡萄糖氧化酵素(Glucose oxidase)及全氟樹脂(Nafion)，例如，可以3：4的比例混合葡萄糖氧化酵素及全氟樹脂形成葡萄糖酵素選擇膜230，此外，上述全氟樹脂也可用其他具有化學穩定性之熱塑性材料替代。接著將葡萄糖酵素選擇膜230重疊固定於感測膜224之上，之後將完成的葡萄糖檢測元件22放置於0℃~20℃的環境下8~16小時，例如，放置於4℃的環境下12小時。
請回頭參照第1A圖，以下將說明微流體元件24的製法。設置於葡萄糖檢測元件之上的微流體元件24可由下述方法形成：首先，形成一圖案化之母模基材。在一實施例中，藉由黃光微影技術圖案化母模基材，使其具有預先設計之微流體圖案，微流體圖案可由電腦繪圖軟體先行繪製。在另一實施例中，母模基材可使用二氧化碳雷射加工法製備。此外，微流體元件24之母
模基材可為矽晶圓、玻璃或塑膠，但不僅限於此。
接著，將微流體元件材料及固化劑以5~15：1(例如10：1)之體積比混合形成膠體。接著利用真空球抽氣10~50分鐘(例如：30分鐘)去除膠體中的氣泡。隨後將膠體倒入前述微流體元件母模中，於100℃至150℃的溫度範圍下烘烤60~120分鐘使其固化，例如，於120℃烘烤90分鐘。微流體元件24的材料可為二甲基矽氧烷(poly-dimethylsiloxane,PDMS)，但不僅限於此。
此外，在一實施例中，微流體元件24的長可為100μm、寬可為200μm、高可為100μm，其中，微流體元件之檢測區域(圖未顯示)的長可為100μm、寬可為100μm、高可為100μm。在其他實施例中，此技藝人士可依實際應用所需調整微流體元件24及其檢測區域之尺寸。
本發明之微流體葡萄糖檢測器20可應用於許多生化檢測反應系統、可攜式生物感測儀器及生醫檢測系統。在一實施例中，如2A圖所示，微流體葡萄糖生醫檢測系統10提供一底部固定基板30、一頂部固定基板40、夾於底部固定基板30頂部固定基板40之間的微流體葡萄糖檢測器20、溶液傳輸裝置50以及廢液槽60。
承上所述，微流體葡萄糖檢測器20是藉由黏著材料32，如第2B圖所示，固定於頂部固定基板40及底部固定基板30之間。在一實施例中，頂部及底部固定基板的材料可相同或不同地為高分子透明材料(例如：聚甲基丙烯酸甲酯(poly-methyl
methacrylate,PMMA))、玻璃或不鏽鋼，但不僅限於此。上述黏著材料32可為熱熔膠或是其他具有黏性之材料。
再者，請參見第2B圖，微流體葡萄糖檢測器20及頂部固定基板40上具有相對應之孔洞，分別為微流體葡萄糖檢測器20之流道入口20a、流道出口20b及孔洞40a、孔洞40b，上述孔洞可採用鑽孔技術製備。溶液傳輸裝置50的入口管線56穿過孔洞40a連接至流道入口20a，而溶液傳輸裝置50的出口管線58則穿過孔洞40b連接至流道出口20b。
承上所述，請參見第2A及2B圖，溶液傳輸裝置50提供注射幫浦52、連接注射幫浦52的注射針頭54、入口管線56、出口管線58以及廢液槽60。注射幫浦52用以控制待測溶液的流率，而入口管線56可連接注射針頭54及流道入口20a，將待測溶液引入微流體葡萄糖檢測器20的流體通道，而出口管線58則連接至流道出口20b，將經檢測的待測溶液輸出至廢液槽60儲存。
綜上所述，本揭露提供了一種微流體葡萄糖檢測器及一種微流體葡萄糖生醫檢測系統，可利用上述系統檢測待測溶液在動態情況下之葡萄糖濃度。第3A~3F圖為本揭露一些實施例中，利用第2A圖的微流體葡萄糖生醫感測系統在不同的流率下，量測葡萄糖溶液濃度範圍100mg/dL至500mg/dL之結果。如第3A~3F圖所示，其中曲線為注射幫浦分別以流率5μl/min、10μl/min、15μl/min、20μl/min、25μl/min、30μl/min之條件下量測濃度為100mg/dL、200mg/dL、300mg/dL、400mg/dL、及500mg/dL
之葡萄糖溶液。表1為一實施例中微流體葡萄糖生醫感測系統的感測度(Sensitivity)及線性度(Linearity)之測量結果：
由表1可知，在一實施例中，微流體葡萄糖生醫檢測系統的最佳流率為25μl/min。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以更佳的了解本發明的各個方面。本技術領域中具有通常知識者應該可理解，他們可以很容易的以本發明為基礎來設計或修飾其它製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與本發明介紹的實施例相同的優點。本技術領域中具有通常知識者也應該了解這些相等的結構並不會背離本發明的發明精神與範圍。本發明可以作各種改變、置換、修改而不會背離本發明的發明精神與範圍。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧微流體葡萄糖檢測器
20a‧‧‧微流體葡萄糖檢測器之流道入口
20b‧‧‧微流體葡萄糖檢測器之流道出口
22‧‧‧葡萄糖檢測元件
24‧‧‧微流體元件
Claims (13)
- 一種微流體葡萄糖檢測器，用於檢測一待測溶液在動態情況下的葡萄糖濃度，包括：一葡萄糖檢測元件及一微流體元件，其中，該葡萄糖檢測元件包括：一基板；一感測膜，形成於該基板上方；一導線層，形成於該基板上方且電性連接該感測膜；一絕緣層，形成於該感測膜及該導線層上方，其中該絕緣層具有一開口露出該感測膜；一酵素選擇膜，固定於該開口所露出之該感測膜上，使該感測膜具有酵素專一性；以及其中，該微流體元件設置於該葡萄糖檢測元件上，以提供一流經該葡萄糖檢測元件的該酵素選擇膜之流體通道。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該酵素選擇膜之材料包括葡萄糖氧化酵素(Glucose oxidase)。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該待測溶液包括：葡萄糖溶液、血液、或含有葡萄糖之任意溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該基板包括可撓式基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該基板包括非可撓式基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中 該感測膜之材料包括釕氧化物、氧化銦鎵鋅或錫氧化物。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該導線層之材料包括銀膠、銀鈀膠或碳膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該絕緣層之材料包括環氧樹脂、聚胺酯樹脂或聚苯乙烯。
- 如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該微流體元件的材料包括二甲基矽氧烷(poly-dimethylsiloxane,PDMS)，且該微流體元件的形成係將二甲基矽氧烷與一固化劑混合膠體注入一微流體元件母模，於90℃至150℃下烘烤90至150分鐘。
- 如申請專利範圍第8項所述之微流體葡萄糖檢測器，其中該微流體母模基材包括矽晶圓、玻璃或塑膠基材。
- 一種微流體葡萄糖生醫檢測系統，包括：一底部固定基板；一如申請專利範圍第1項所述之微流體葡萄糖檢測器，設置於該底部固定基板上；一頂部固定基板，設置於該微流體葡萄糖檢測器之上；一溶液傳輸裝置，將該待測溶液注入及導出該微流體葡萄糖檢測器；以及一廢液槽，收集經檢測之待測溶液。
- 如申請專利範圍第11項所述之微流體葡萄糖生醫檢測系統，其中該固定基板的材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯 (Poly-methyl methacrylate,PMMA)、或不鏽鋼。
- 如申請專利範圍第11項所述之微流體葡萄糖生醫感測系統，其中該溶液傳輸裝置包括：一注射幫浦，用以控制該待測溶液之流率；一注射針頭，與該注射幫浦連接；一入口管線，連接該注射針頭及該微流體元件之一流道入口；以及一出口管線，連接該微流體元件之一流道出口。
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|---|---|---|---|
| TW103130072A TWI537560B (zh) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | 微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統 |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW103130072A TWI537560B (zh) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | 微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統 |
Publications (2)
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|---|---|
| TW201610428A true TW201610428A (zh) | 2016-03-16 |
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ID=56085126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103130072A TWI537560B (zh) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | 微流體葡萄糖檢測器與包含其之生醫檢測系統 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI537560B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI641614B (zh) * | 2017-08-09 | 2018-11-21 | 東吳大學 | A compound and its use for detecting glucose |
| TWI821968B (zh) * | 2022-04-06 | 2023-11-11 | 致茂電子股份有限公司 | 晶圓載盤與晶圓檢測方法 |
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2014
- 2014-09-01 TW TW103130072A patent/TWI537560B/zh not_active IP Right Cessation
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| TWI821968B (zh) * | 2022-04-06 | 2023-11-11 | 致茂電子股份有限公司 | 晶圓載盤與晶圓檢測方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| TWI537560B (zh) | 2016-06-11 |
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