TW201734433A - 光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一承載件，用以承載並容置一光學式生物感測器；一流道層，以供該至少一流體流動；以及一覆蓋件，以供該至少一流體之流入及流出，該至少一流體從至少一流體入口流入，藉由至少一流道流經該光學式生物感測器，以進行感測，再從至少一流體出口流出。本發明之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構可偵測光學式生物感測器所產生的光學訊號、傳輸流體、避免滲漏，適用於整合多種形式之光學式生物感測器與微流體裝置。

Description

光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構

本發明係有關一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構。

隨著電子科技路的持續發展，其應用的觸角也不斷展開跨領域的探索與結合。其中，在快速發展的生物或醫療科技領域中，生物感測器的出現不啻是近代生物相關科技的一大突破。生物感測器一般定義為：透過固定化的生物分子(immobilized biomolecules)結合換能器或生物晶片，來偵測生物體內或生物體外的化學物質或生物分子或與之起特異性交互作用後產生回應的一種裝置。

生物感測器滿足了許多重要量測的需求，尤其在藥品、代謝與其他生物分子間交互作用的測定上。雖然傳統分析儀器也可以達到類似的目的，但生物感測器最獨特的地方就是來自生物感測元件與其上生物分子所具備的高靈敏度、高特異性或高選擇性，與其即時檢測(real-time detection)的特性。其原因在於生物體本身就具有各式各樣的化學感受器，換言之，生物體本身實際上是一個化學受體(chemoreceptors)的集合體，這些化學受體均具有高度的特異性或選擇性與靈敏度。隨著生物感測器技術的逐漸成熟，越來越多且各色形式的生物感測器也紛紛上市。其中，結合光學機制的生物感測器更是對蛋白質或核酸或其他生物化學分子檢測上有極大應用潛力。

另一方面，透過把傳統生化分析中所需的人為或機械操 作，以微幫浦、微閥門、微過濾器、微混合器、微管道、微感測器及微反應器等微流體元件集中製作於微流體裝置上，以進行樣品前處理、混合、傳輸、分離和偵測等程序，更是被積極地應用於生物感測器上。其應用領域可涵蓋如新藥開發、生物及醫學等研究，或是健診、疾病檢測、感染病原檢測、血液篩檢等臨床檢驗，甚至是如國防軍事偵測、法醫辨識鑑定、環境及食品檢驗等非醫學應用領域。

然而，現有生物感測器與微流體裝置的整合結構往往因為應用與現有整合製程的限制，無法提供檢測模組的品質一致性、結構完整性與製程高度量產性。因此，如何提供一種有效且具應用彈性的光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構是目前業界的重要議題。

本發明之實施例揭露一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，係包括：一承載件，設置有至少一凹槽，用以承載並容置至少一光學式生物感測器，其中，該光學式生物感測器具備生物感測層；一流道層，設置於該承載件上方，並包括至少一流道，以供該至少一流體流動；以及一覆蓋件，設置於該流道層上方，並具有至少一流體入口及至少一流體出口，以供該至少一流體之流入及流出，該至少一流體入口及該至少一流體出口與該流道層之該至少一流道相連接，其中，該至少一流體從該至少一流體入口流入，藉由該至少一流道流經該光學式生物感測器及其上之生物感測層，以進行感測，再從該至少一流體出口流出。

本發明之另一實施例揭露一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一承載件，設置有至少一凹槽，用以承載並容置至少一光學式生物感測器，其中，該光學式生物感測器上具備一第一生物感測層與一第二生物感應層；一上流道 層，設置於該承載件上方，並包括至少一第一流道，以供至少一第一流體流動；一下流道層，設置於該承載件下方，並包括至少一第二流道，以供至少一第二流體流動；一上覆蓋件，設置於該上流道層上方，並具有至少一第一流體入口及至少一第一流體出口，以供該至少一第一流體之流入及流出，該至少一第一流體入口及該至少一第一流體出口與該上流道層之該至少一第一流道相連接；以及一下覆蓋件，設置於該下流道層下方，並具有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，以供該至少一第二流體之流入及流出，該至少一第二流體入口及該至少一第二流體出口與該下流道層之該至少一第二流道相連接，其中，該至少一第一流體及該至少一第二流體分別由該上覆蓋件與該下覆蓋件的該至少一第一流體入口及該至少一第二流體入口流入，藉由該至少一第一流道流經該光學式生物感測器及其上之第一生物感測層及該至少一第二流道流經該光學式生物感測器及其上之第二生物感測層，以進行感測，再分別從該至少一第一流體出口及該至少一第二流體出口流出。

110‧‧‧承載件

111‧‧‧凹槽

112‧‧‧光學式生物感測器

113‧‧‧生物感測層

120‧‧‧流道層

130‧‧‧覆蓋件

131‧‧‧流體入口

132‧‧‧流體出口

310‧‧‧承載件

313‧‧‧第一生物感測層

314‧‧‧第二生物感測層

320‧‧‧上流道層

330‧‧‧下流道層

340‧‧‧上覆蓋件

350‧‧‧下覆蓋件

A‧‧‧黏合方式

第1圖為本發明之一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構之第一實施例的示意圖；第2圖為本發明之一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構之第一實施例的剖面圖；以及第3圖為本發明之一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構之第二實施例的剖面圖。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書 中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。

第1圖與第2圖分別為本發明之一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構之第一實施例的示意圖以及剖面圖。光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構係應用於將一光學式生物感測器與一微流道裝置整合封裝。如第1圖及第2圖所示，光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構由下往上依序包括：一承載件110、一流道層120、以及一覆蓋件130。

承載件110並設置有至少一凹槽111，用以承載並容置至少一光學式生物感測器112，至少一光學式生物感測器112具有一生物感測層113。流道層120係設置於承載件110上方，並包括至少一流道，以供至少一流體流動。覆蓋件130，設置於流道層120上方，並具有至少一流體入口131及至少一流體出口132，以供至少一流體之流入及流出，至少一流體入口131及至少一流體出口132與流道層之至少一流道相連接，其中，至少一流體從至少一流體入口131流入，藉由至少一流道流經光學式生物感測器112，及其上之生物感測層113，以進行感測，再從至少一流體出口132流出。

值得注意的是，在較佳的實施例中，光學式生物感測器113係使用一黏合方式(A)固定於承載件110的凹槽(111)內；並且，光學式生物感測器(112)置入時其上表面可與承載件110的上表面位於同一水平位置。凹槽111可為一凹面、一凹部或一空孔。承載件110可為一透明材料或不透明材料製成，例如，高分子材料、塑膠、陶瓷、金屬、矽晶圓、玻璃、或其他複合材料。當承載件110係由一不透明材料製成時，承載件110需設置一透光窗 口(圖中未示)，於承載時將透光窗口對準光學式生物感測器113；以及透光窗口由一透明材料製成或為一鏤空開口。

同樣地，流道層120可為一透明材料或不透明材料製成，例如，高分子材料、塑膠、陶瓷、金屬、矽晶圓、玻璃、或其他複合材料。流道層120之表面可改質成親水性或疏水性之表面。流道層120可更包括至少一幫浦元件、至少一閥門元件、至少一混液元件、其他微流體元件或其任意組合，以進行至少一流體之流動及預處理。再者，流道層120亦可為一多層次結構，具有複數層數，其表面可改質成親水性或疏水性之表面。

覆蓋件130可為一透明材料或不透明材料製成，例如，高分子材料、塑膠、陶瓷、金屬、矽晶圓、玻璃、或其他複合材料。當覆蓋件130係由一不透明材料製成時，覆蓋件130需設置一透光窗口(圖中未示)，於覆蓋後，透光窗口對準光學式生物感測器113；以及透光窗口由一透明材料製成或為一鏤空開口。再者，流道層120與覆蓋件130可整合為一體成型之結構，或流道層120與承載件110可整合為一體成型之結構減少後續封裝的程序。

值得注意的是，由於適用本發明的光學式生物感測器112需要以照光的方式來激發生物感測層的光學訊號，以及透光的方式來接收其感測的光學訊號，因此，當承載件110或覆蓋件130係由不透明材料製成時，必須另外設置一透光窗口對準光學式生物感測器112，以利照光之進入與感測後所產生的光學訊號得以顯現，其中，在第1圖與第2圖的第一實施例中所示由透明材料製成。並且，本發明之整體結構，除了流道外，其他構件的連接處，例如，承載件110、生物感測層113、流道層120、以及一覆蓋件130間的連接處皆可以隔絕流體，避免流體滲漏。

第3圖所示為本發明之一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構之第二實施例的剖面圖。光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構包括：一承載件310、一上流道層320、一下流道層330、一上覆蓋件340、以及一下覆蓋件350。

承載件310，設置有至少一凹槽，用以承載並容置至少 一光學式生物感測器，其中，至少一光學式生物感測器具有一第一生物感測曾與一第二生物感測層。上流道層320，設置於承載件上方，並包括至少一第一流道，以供至少一第一流體流動。下流道層330，設置於承載件下方，並包括至少一第二流道，以供至少一第二流體流動。上覆蓋件340，設置於上流道層上方，並具有至少一第一流體入口及至少一第一流體出口，以供至少一第一流體之流入及流出，至少一第一流體入口及至少一第一流體出口與上流道層之至少一第一流道相連接。下覆蓋件350，設置於下流道層下方，並具有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，以供至少一第二流體之流入及流出，至少一第二流體入口及至少一第二流體出口與下流道層之至少一第二流道相連接，其中，至少一第一流體及至少一第二流體分別由上覆蓋件與下覆蓋件的至少一第一流體入口及至少一第二流體入口流入，藉由至少一第一流道流經至少一光學式生物感測器及其上之第一生物感測層，及至少一第二流道流經至少一光學式生物感測器及其上之第二生物感測層，以進行感測，再分別從至少一第一流體出口及至少一第二流體出口流出。

值得注意的是，第二實施例與第一實施例類似，其主要差異在於，第一實施例係使用三層式結構，而第二實施例係採用五層式結構；透過在承載件310上層與下層分別設置流道層320、330與覆蓋件340、350，可藉由上層與下層分別注入不同流體，因此可適用於更複雜或多道反應工序之感測應用。在第二實施例中之各構件與第一實施例類似，其實施細節不再重複。

綜而言之，本發明之實施例揭露一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，透過結合光學式生物感測器與微流體裝置、可偵測光學式生物感測器所產生的光學訊號，且其整體結構，除了流道外，其他構件的連接處皆可以隔絕流體、避免滲漏，適用於整合多種形式之光學式生物感測器與微流體裝置。

然而，上述實施例僅例示性說明本發明之功效，而非用於限制本發明，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下， 對上述實施例進行修飾與改變。此外，在上述該些實施例中之元件的數量僅為例示性說明，亦非用於限制本發明。因此本發明之權利保護範圍，應如以下之申請專利範圍所列。

110‧‧‧承載件

111‧‧‧凹槽

112‧‧‧光學式生物感測器

113‧‧‧生物感測層

120‧‧‧流道層

130‧‧‧覆蓋件

131‧‧‧流體入口

132‧‧‧流體出口

Claims (18)

1. 一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一承載件，設置有一凹槽，用以承載並容置一光學式生物感測器，其中，該光學式生物感測器上具備一生物感測層；一流道層，設置於該承載件上方，並包含至少一流道，以供該至少一流體流動；以及一覆蓋件，設置於該流道層上方，並具有至少一流體入口及至少一流體出口，以供該至少一流體之流入及流出，該至少一流體入口及該至少一流體出口與該流道層之該至少一流道相連接，其中，該至少一流體從該至少一流體入口流入，藉由該至少一流道流經該光學式生物感測器及其生物感測層，以進行感測，再從該至少一流體出口流出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該光學式生物感測器係使用一黏合方式固定於該承載件的該凹槽內，該凹槽為一凹面、一凹部及一空孔之其中一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該光學式生物感測器的上表面與該承載件的上表面係位於同一水平位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該承載件係由一不透明材料製成，並設置一透光窗口，於承載時將該透光窗口對準該光學式生物感測器；以及該透光窗口由一透明材料製成或為一鏤空開口。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層之表面係改質成親水性或疏水 性之表面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層復包括至少一幫浦元件、至少一閥門元件、至少一混液元件、其他微流體元件或其任意組合，以進行該至少一流體之流動及預處理。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層係為一多層次結構，具有複數層數，且其表面係改質成親水性或疏水性之表面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該覆蓋件係由一不透明材料製成，並設置一透光窗口，於覆蓋後，該透光窗口對準該光學式生物感測器；以及該透光窗口由一透明材料製成或為一鏤空開口。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該流道層與該覆蓋件整合為一體或該流道層與該承載件整合為一體。
10. 一種光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，包括：一承載件，設置有一凹槽，用以承載並容置一光學式生物感測器，其中，該光學式生物感測器具備第一生物感測層與一第二生物感測層；一上流道層，設置於該承載件上方，並包含至少一第一流道，以供至少一第一流體流動；一下流道層，設置於該承載件下方，並包含至少一第二流道，以供至少一第二流體流動；一上覆蓋件，設置於該上流道層上方，並具有至少一第一流體入口及至少一第一流體出口，以供該至少一第一流體之 流入及流出，該至少一第一流體入口及該至少一第一流體出口與該上流道層之該至少一第一流道相連接；以及一下覆蓋件，設置於該下流道層下方，並具有至少一第二流體入口及至少一第二流體出口，以供該至少一第二流體之流入及流出，該至少一第二流體入口及該至少一第二流體出口與該下流道層之該至少一第二流道相連接，其中，該至少一第一流體及該至少一第二流體分別由該上覆蓋件與該下覆蓋件的該至少一第一流體入口及該至少一第二流體入口流入，藉由該至少一第一流道流經該光學式生物感測器及其上之第一生物感測層，及該至少一第二流道流經該光學式生物感測器及其上之第二生物感測層，以進行感測，再分別從該至少一第一流體出口及該至少一第二流體出口流出。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該光學式生物感測器係使用一黏合方式固定於該承載件的該凹槽內，該凹槽為一凹面、一凹部及一空孔之其中一者。
12. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該光學式生物感測器的上表面與該承載件的上表面係位於同一水平位置。
13. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該承載件係由一不透明材料製成，並設置一透光窗口，於承載時將該透光窗口對準該光學式生物感測器；以及該透光窗口由一透明材料製成或為一鏤空開口。
14. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該上流道層及該下流道層之表面係改質成親水性或疏水性之表面。
15. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該上流道層及該下流道層復包括至少一幫浦元件、至少一閥門元件、至少一混液元件、其他微流 體元件或其任意組合，以進行該至少一第一流體及該至少一第二流體之流動及預處理。
16. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該上流道層及下流道層係為一多層次結構，具有複數層數，且其表面係改質成親水性或疏水性之表面。
17. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該上覆蓋件與下覆蓋件係由一不透明材料製成，並分別設置一第一透光窗口及一第二透光窗口，於覆蓋後，該第一透光窗口及該第二透光窗口分別對準該光學式生物感測器；以及該第一透光窗口及該第二透光窗口由一透明材料製成或為一鏤空開口。
18. 如申請專利範圍第10項所述之光學式生物感測器與微流體裝置的整合結構，其中該上流道層與該上覆蓋件整合為一體，以及該下流道層與該下覆蓋件整合為一體或該上流道層及該下流道層與該承載件整合為一體。