TW201937153A - 利用影像操控電場力以篩選生物粒子的裝置及其運作方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露公開一種利用影像操控電場力以篩選生物粒子的裝置，包括第一基板、第二基板、流體渠道、一個或者多個感光層以及入口孔洞。第一基板包括第一導電電極，第二基板包括第二導電電極。第二導電電極會相對於第一導電電極被設置。流體渠道是被設置在第一導電電極以及第二導電電極之間。感光層是被共形的被設置在第一導電電極以及第二導電電極中的至少其中一個表面上。入口孔洞被設置在第一導電電極和第一基板之中，其中入口孔洞包括鄰近流體渠道的第一開口以及遠離於流體渠道的第二開口，而且第一開口的面積會大於第二開口的面積。

Description

利用影像操控電場力以篩選生物粒子的裝置及其運作方法
本揭露關於一種篩選生物粒子的技術領域，尤其是關於一種利用影像操控電場以從非均質的混合物中篩選出生物粒子的技術領域。
自過去的數十年以來，針對如何有效診斷、偵測和/或治療癌症，許多研究機構和企業已經進行了廣泛的研究，並揭露了多種的技術手段。此外，亦有眾多的研究在探討如何在體內(in vivo )的環境下標定和殺死癌細胞。然而，由於癌細胞的不確定性和變異性，只有極少數的方法可被實行。
其中一個診斷和偵測癌症的方法，是在體外(in vitro )篩選和分離出與癌症相關的特定細胞，例如是循環腫瘤細胞(circulating tumor cells, CTCs)，這些細胞是癌症在人體內遠端轉移(metastasis)時被產生。美國專利公開號US 2017/0297036揭露了一種使用光誘發介電泳的微流體裝置的方法，其利用此微流體裝置以檢測和篩選循環腫瘤細胞。微流體裝置包括微流體渠道，使得流體可以在微流體渠道在流動。
在篩選過程中，含有細胞的流體會被注射至微流體渠道。之後，當待篩選的細胞抵達一預定區域時，待篩選的細胞會被確認和定位。接著，圓環狀的光區會被照射至上述被辨識和定位的待篩選細胞。條狀的光區接著會被照設至微流體渠道，並且從微流體渠道的一側移動至另一側。在條狀光區移動的過程中，藉由條狀光區的邊緣所產生的不均勻的電場梯度，在微流體渠道中的不需要的細胞會被條狀光區掃除。相較之下，在條狀光區移動的過程中，由於待篩選的細胞會被環狀光區照射，因此待篩選的細胞可以受到保護，而不會被條狀光區掃除，因而可以停留在其原本的位置。最後，當所有不需要的細胞都被掃除後，可以進一步通過移動圓環狀光區，以將待篩選的細胞移動至收集區，從而完成了單一篩選步驟。上述的篩選步驟可以被重複許多次，直到流體中所有的待篩選細胞都被收集。
對於上述揭露於美國專利公開號US 2017/0297036的篩選過程，雖然其可以篩選特定的細胞，例如循環腫瘤細胞，但其仍有尚待克服的缺陷。舉例來說，篩選每一個細胞仍需要相對較長的時間。此外，條狀光區仍無法完全掃除所有不需要的細胞，因此造成一些不需要的細胞會伴隨著待篩選的細胞一起移動至收集區中，進而影響了篩選的準確度。
此外，由於具有非均質混合物的流體會通過一入口而被注入至微流體渠道，在注射的過程中，流體中的一些細胞難免會被黏著或堵塞於靠近入口處的微流體渠道的內側面，從而負面影響了篩選過程的準確度。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種利用影像操控電場力以篩選生物粒子的裝置及其運作方法，以增加篩選過程的效率以及準確度。
根據一些實施例，利用影像操控電場力以篩選生物粒子的裝置包括第一基板、第二基板、流體渠道、一個或者多個感光層以及入口孔洞。第一基板包括第一導電電極，第二基板包括第二導電電極。第二導電電極會相對於第一導電電極被設置。流體渠道是被設置在第一導電電極以及第二導電電極之間。感光層是被共形的被設置在第一導電電極以及第二導電電極中的至少其中一個表面上。入口孔洞被設置在第一導電電極和第一基板之中，其中入口孔洞包括鄰近流體渠道的第一開口以及遠離於流體渠道的第二開口，而且第一開口的面積會大於第二開口的面積。
在一些實施例，揭露了一種運作篩選裝置的方法，包括下述步驟：(a)通過入口孔洞，將含有生物粒子的液體提供至主要渠道；(b)當生物粒子流至主要渠道的篩選區時，確認生物粒子；(c)在生物粒子被確認之後，降低液體的流速或停止液體的流動；(d)定位生物粒子；(e)將光區照射至篩選區，其中光區的面積會大於主要渠道的一半面積；(f)將具有暗區的光圖形照射至篩選區，使得光圖形至少重疊其中一個生物粒子，其中暗區的亮度會暗於鄰近於暗區的其他區域的亮度；以及(g)移動光圖形，並使重疊於光圖形的生物粒子一起移動。
下文揭露了本發明的示例性的實施例和應用方式，需注意的是，本發明不被這些示例性的實施例所限制，也不受限於下述實施例的操作和運作方式。進一步來說，附圖可能是簡化的或是局部的示意圖，而且附圖中各元件的尺寸可能會被放大或縮小，使得各元件間的比例並非按照真實比例繪示。此外，下文中所使用的方向性用語（例如：「上」、「下」、「頂」、「底」、「側」、「往上」、「往下」、「較高」、「較低」、「水平」、「X方向」、「Y方向」、「Z方向」），是相對性的空間用語，其是用於說明本揭露中的各實施例，因此不應用於侷限本發明。
需注意的是，下文中所使用的技術用語「影像操控電場力」可視為是一種光誘發介電泳(light-induced dielectrophoresis)所產生的作用力。也就是說，揭露於下文中的操縱生物粒子的方法可以被視為是一種利用光誘發介電泳以操縱生物粒子的方法。
圖1是根據本發明一實施例所繪示用以自流體非均質混合物中篩選出生物粒子的裝置的俯視示意圖。裝置100包括兩個相對的基板，例如一個上蓋板102以及一個下蓋板(圖未繪示出)。一個微流體渠道(microfluidic channel)，例如一個主要渠道(main channel)112，被設置在蓋板之間。兩個通道口，例如一個入口120以及一個出口122，被設置主要渠道112的兩個末端。在運作裝置100的過程中，包含生物粒子，例如細胞，以及液體介質的液體混合物會透過入口120被注入主要渠道112，並且通過出口122而自主要渠道112被排出。雖然繪示於圖1中的上蓋板102 (或下蓋板) 是矩形，其形狀也可根據不同需求而被修改，因此，上蓋板102 (或下蓋板)的形狀也可以是三角形、正方形、圓形、矩形、多邊形，但不限定於此。
圖2是根據本發明一實施例沿著圖1中剖線A-A’和剖線B-B’所繪示的剖面示意圖。裝置100包括上蓋板102、相對於上蓋板102而設置的下蓋板104、以及被設置在上蓋板102以及下蓋板104之間的感光材質110。至少兩個透明導電電極，例如一個第一透明導電電極106以及一個第二透明導電電極108，會分別被沈積或塗布於上蓋板102的內側面102-1以及下蓋板104的內側面104-1。第一透明導電電極106以及第二透明導電電極108可由透明導電材質所組成，例如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)，但不限定於此。第一透明導電電極106以及第二透明導電電極108可電連接至交流電產生裝置，因此當交流電產生裝置被啟動時，可於兩相對設置的電極106、108之間的主要渠道112中產生交流電場。第一透明導電電極106的厚度以及第二透明導電電極108的厚度可分別介於0.05-0.4微米(μm)之間。
第一透明導電電極106以及第二透明導電電極108可通過感光材質110而彼此分離，其中，感光材質110的組成可以是含氫非晶(a-Si:H)，但不限定於此。光源20可以被設置於主要渠道112之上或之下，其可以照射具有特定波長的光線至感光材質110。當光線被照射在感光材質110上時，電荷可被產生以及聚集於被照射的區域。因此，經由光線的照射，感光材質110的導電率可以被加以改變。感光材質110的厚度可介於0.1-2μm之間，且優選介於0.5-1μm之間。需要注意的是，雖然第一透明導電電極106直接接觸感光材質110，但根據其他實施例，也可以通過設置其他的電絕緣層而使得第一透明導電電極106被分離於感光材質110。
作為替代的選擇，上述的上蓋板102和下蓋板104可由玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲矽氧烷(PDMS)、金屬、環烯烴共聚物和環烯烴聚合物，但不限定於此。而且，第一透明導電電極106以及第二透明導電電極108可由透明導電薄膜、氧化銦錫、透明導電氧化物、導電聚合物、金屬格柵、隨機金屬網、奈米碳管、石墨烯、奈米線網格和超薄金屬膜，但不限定於此。感光材質110可由金屬奈米顆粒、石墨烯、非晶矽、二硫化鉬、砷化銦奈米線等製成，但不限於此。
主要渠道112可被設置於上蓋板102與下蓋板104之間，所述感光材質110的表面可用於定義出部分主要渠道112的輪廓(包括定義出主要渠道112的側壁和底面)。優選地，主要渠道112的寬度與流動於其中的生物粒子的平均直徑間的比例可介於1:1至200:1之間，但不限於此。入口管124會被連接到裝置100的入口120，而出口管126會被連接到裝置100的出口122。入口120可進一步包括兩部分:入口孔洞120-1和穿孔120-2。此外，出口122也可包括兩個部分:出口孔洞122-1和穿孔122-2。入口孔洞120-1和出口孔洞122-1均可被設置在第一透明導電電極106內，且穿孔120-2和122-2均可被設置在上蓋板102中。對於入口孔洞120-1和出口孔洞122-1而言，各孔洞可以各自包括具有不同開口面積的兩個開口。需要注意的是，雖然根據本實施例，入口孔洞120-1和出口孔洞122-1會被設置在第一透明導電電極106中，但入口孔洞120-1和出口孔洞122-1也可以進一步延伸至上蓋板102中。因此，入口孔洞120-1和出口孔洞122-1可以分別部分地被設置在上蓋板102中。
圖3是根據本發明實施例所繪示的不同類型的入口以及出口的示意圖。對於不同種類的各入口120和出口122來說(如類型(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的第一開口O1和遠離主要通道112的第二開口O2。第一開口O1的面積(或稱截面積)A1會大於第二開口O2的面積(或稱截面積)A2。在圖3所示的各入口120和出口122的共同特徵是，截面面積會自第二開口O2往第一開口O1逐漸增大。通過「截面積逐漸增加」的特徵，當包含生物粒子的液體混合物流入自或流出於主要渠道112時，生物粒子便不會被黏著或阻塞靠近主要渠道112的入口120和出口122的表面。另外，根據不同的需求，第二開口O2可以被設置在第一導電電極或上蓋板中。
圖4是根據本發明的一個實施例所繪示的將流體非均質混合物輸送經過主要渠道的篩選裝置的示意圖。對於被注入到主要渠道112中的流體非均質混合物130來說，流體非均質混合物130中可包括不同類型的生物粒子，其中一些可能需要被篩選出(或稱細胞132)，例如循環腫瘤細胞，而另一些則不需要被篩選出(或稱細胞134)，例如白血球細胞。由於靠近主要渠道112的開口O1的面積A1會大於遠離主要渠道112的第二開口O2的面積A2，因此流體中的細胞132和134可以很容易流入自或流出於入口120和出口122，而且也不會黏著或阻塞於開口O1附近。因此，由於流體非均質混合物130中所有的細胞132和134都可以順利通過主要渠道112，並經由出口管126被排出，因此可提高篩選過程的準確度和效率。
圖5顯示了運作具有不同類型進、出口的篩選設備的結果。照片(a-1)和(a-2)是針對現有篩選裝置，當流體非均質混合物流入或流出所述裝置時，於篩選裝置的入口(或出口)的開口處所拍攝的。照片中的亮點代表細胞，這些細胞明顯地會黏在或阻塞入口或出口。相反的，照片(b-1)和(b-2)是根據本發明的一個實施例在本發明篩選裝置的入口(或出口)的開口處拍攝的。照片(b-1)和(b-2)中沒有出現任何亮點，代表著沒有任何細胞會黏附或阻塞在入口或出口。
作為替代的選擇，於本文中所揭露的生物粒子的類型並不侷限於細胞，其也可以被替換成其他種類的生物粒子，包括腫瘤細胞、幹細胞、血液細胞、神經元細胞、上皮細胞、免疫細胞、誘導多能幹細胞(iPS)、細菌(例如:蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌)、病毒、外泌體、具有RNA、DNA或蛋白質的脂質體、寄生蟲，或任何其他生物相關的粒子，但不局限於此。
圖6是根據本發明實施例所繪示的具有相對設置的入口和出口的篩選裝置，其中入口和出口分別位於主要渠道的兩端。圖6所示的裝置100還包括上蓋板102、下蓋板104、兩個導電電極106和108以及感光材質110。圖6和圖2所示結構的主要區別在於圖6的出口孔洞122-1設置在第二導電電極108或感光材質中，而不是第一導電電極106中。也就是說，進入裝置100的流體混合物可以從主要渠道112的末端而自裝置100流出。因此，通過適當安排篩選裝置的空間佈局，可以用更少的空間完成生物粒子的篩選過程。同樣的，根據不同需求，出口孔洞122-1可以進一步延伸至下蓋板104中。
圖7是根據本發明實施例所繪示的感光層設置於主要渠道頂面的篩選裝置的剖面示意圖。圖7所示的裝置100與圖2所示的裝置相似，主要區別在於，圖7所示的感光材質110會共形地被設置在第一透明導電電極106上，而不是被設置在在第二透明導電電極108上。因此，主要渠道112的底面不會直接接觸感光材質110。相反的，根據本實施例，主要渠道112的頂面會直接接觸感光材質110。
圖8是根據本發明實施例所繪示的具有雙層感光層的篩選裝置的剖面示意圖。圖8中所示的裝置100類似於圖2所示的裝置，這兩個實施例之間的主要區別是，兩層的感光材質110-1和110-2會分別共形地被設置在第一透明導電電極106和第二透明導電電極108上。因此，所述主要渠道112的底面和頂面會直接接觸感光材質110。
圖9是根據本發明實施例所繪示的具有中間層的篩選裝置的剖面示意圖。圖9所示的裝置100與圖2所示的裝置類似，這兩種實施例之間的主要區別在於，會進一步在上蓋板102和下蓋板104之間設置中間層128，且更優選地，中間層128會被設置在第一透明導電電極106和感光材質110之間。在一個實施例中，主要渠道112會被設置在中間層128中，並且可以被視為是被製造在中間層128中的腔體。選擇性地，可在中間層128與上、下蓋板102、104之間設置額外的黏著劑，使中間層128可以被黏著至上蓋板102和下蓋板104。中間層128可由電絕緣材質製成，以電絕緣上蓋板102和下蓋板104。此外，中間層128可能是半滲透膜，其允許流體非均質混合物130內的多餘離子自主要渠道112中往外擴散。在輸送流體非均質混合物130的過程中，流體非均質混合物130中的一些細胞可能會因為某些原因而在主要渠道112中破裂，從而使得多餘的離子自破裂或死細胞中被釋放到流體非均質混合物130中。上述現象會負面影響流體非均質混合物130的導電率，從而影響到用以移動細胞的影像操控電場力。因此，通過設置由半滲透材質所製成的中間層128，可以使得多餘離子穿透半滲透材質，而從主要渠道112流出，從而使流體非均質混合物130的導電率保持在一定數值。
另外，圖9所示的中間層128可能由生物相容性材質所製成，所述材料不會和流體非均質混合物130中的細胞或液體介質發生反應，也不會溶解釋放有害物質至細胞或液體介質中。因此，在主要渠道112中流動的細胞便不會被主要渠道112污染。舉例來說，生物相容材質可以沿著主要渠道112的側壁共形設置。此外，如果需要，整個中間層128或主要渠道112可以由生物相容材質製成。
圖10是根據本發明實施例所繪示的使用影像操控電場力以於篩選裝置內操縱生物粒子的示意圖。在操作過程中，兩個相對的透明電極之間會被施加交流電場，使流過主要渠道112的細胞132被極化。當被極化的細胞132流向主要渠道112的預定區域時，所述光源會對預定區域內的感光材質照射光線，從而在主要渠道112中產生光區140。其中，上述的預定區域可以是任何可以被光學顯微鏡或螢光顯微鏡所觀察的區域。此外，包括內側光區142-1和外側暗區142-2的光圖形142會被照射至細胞132所存在的感光材質。其中，內側光區142-1可為呈現圓形的光區，而外側暗區142-2可為呈現環形的暗區，但不限於此。因為在內側光區142-1和外側暗區142–2間的交界處144b會產生電場梯度，使得細胞132可以被侷限在內側光區142–1內，且在移動光圖形142時，細胞132亦會跟隨著內側光區142–1而被一起移動。此外，光區140的表面面積140A(由光區140的長度140-1和寬度140-2所定義)優選大於主要渠道112的面積112A的一半(其面積由主要渠道112的側壁112S所定義)。需要注意的是，光區140的邊緣140E也可以產生電場梯度，使得其他沒有和光圖形142重疊的細胞可以被保持在光區140內。描述於本揭露中的技術用語「暗區」，是指亮度小於相鄰區域亮度的區域，而本揭露中的技術用語「光區」，是指亮度大於相鄰區域亮度的區域。因此，只要外側暗區142-2能夠比相鄰區域暗，不排除外側暗區142-2也可以被光照射。
圖11是根據本發明的另一個實施例使用影像操控電場力操縱裝置中生物粒子的方法的示意圖。在步驟(a)中，當細胞132流動到預定區域時，可以用顯微鏡確認並定位細胞。為了確認細胞的種類，待篩選細胞132和不需要的細胞134在進入主要渠道前，可以先被不同的螢光染料染色。因此，從待篩選細胞132發出的螢光會與從不需要的細胞134發出的螢光不同。之後，利用螢光顯微鏡檢測細胞132和細胞134發出的螢光，就可以辨別出細胞132與其他細胞134。一旦細胞132被確認和定位，可以施加交流電場至兩個相對設置的透明導電電極之間。而且，可以將光照射到感光材質，從而在主要渠道112中產生一個光區140。此外，可以將包括內側光區142-1和外側暗區142-2光圖形142照射在細胞132存在的感光材質。然後，在步驟(b)中，可以進一步擴展光圖形142的外側暗區142-2。由於外側暗區142–2的外緣144a會產生電場梯度，因此在擴大外側暗區142–2面積的過程中，位於外側暗區外緣144a附近的細胞134會被推動而更遠離光圖形142中心。然後，在步驟(c)中，由於內側光區142-1和外側暗區142–2間的交界處144b也會產生電場梯度，使得細胞132可以被侷限在內側光區142–1內，因此可以通過移動光圖形142，使細胞132向側渠道(side channel)114移動。在移動光圖形142的過程中，光圖形142會排斥所有遇到光圖形142的外緣144a的細胞134。因此，光圖形142外的細胞134便無法向側渠道114移動。最後，在步驟(d)中，細胞132可穿透光區140的邊緣140E，而進入側渠道114。需要注意的是，由於在光區140的邊緣140E也存在電場梯度，因此細胞134會被邊緣140E所產生的電場梯度排斥，從而無法隨著細胞132一起進入側渠道114。
圖12是根據本發明實施例所繪示的使用影像操控電場力以於篩選裝置內操縱生物粒子的示意圖。圖12所描述的方法相似於圖11所描述的方法，主要不同之處在於，光圖形142的外側暗區142-2為非閉合環(incomplete ring)。也就是說，與光圖形142重疊的細胞132並沒有完全被外側暗區142-2所包圍。在移動光圖形142的過程中，根據步驟(b)，外側暗區142-2會適度地自轉，以防止其他細胞自外側暗區142-2的開口而被吞入內側光區142-1。由於本實施例的其他步驟類似於圖11的實施例中描述的步驟，因此為了簡潔起見，以下省略了這些步驟的描述。需要注意的是，移動光圖形142、旋轉外側暗區142-2、擴大外側暗區142-2的步驟順序可以改變，以滿足不同的要求。此外，作為其他替代的選擇，這三個步驟也可以被同時進行。
相較於揭露在美國專利公開號US 2017/0297036中的篩選方法，描述於圖11和圖12中的篩選方法可以具有更高的篩選效率和準確度。請參考下表1和圖13。圖13中的照片(a-1)至(a-3)是對應於美國專利公開號US 2017/0297036中所揭露的篩選方法。照片(a-1)和(a-2)是通過光學顯微鏡所拍攝的影像，其顯示了生物粒子(參照圖中的「點」)確實會被篩選到收集渠道中。然而，根據螢光顯微鏡中觀察到的照片(a-3)，許多不需要的生物粒子(參照圖中「被圈起的亮點」)也同時會被篩選到收集渠道中。圖13中的照片(b-1)到(b-3)是對應於本發明實施例所揭露的篩選方法。照片(b-1)和(b-2)是由光學顯微鏡拍攝的影像，其顯示生物粒子(參照圖中的「點」)會被分類到收集渠道中。此外，通過螢光顯微鏡所觀察到的照片(b-3)，沒有任何不需要的生物粒子會被篩選到收集渠道中。因此，上述影像可證實，本發明中所揭露的篩選方法具有遠高於現有技術的篩選準確度。
此外，根據下表1所示的結果，對於美國專利公開號US 2017/0297036所揭露的方法，經進一步作實驗確認後，各細胞的篩選時間約為139.2(s)，且準確度僅為60.4%左右。較低的精確度代表著不需要的細胞並沒有完全被條狀光區掃除，因此一些不需要的細胞會隨著待篩選的細胞一起流入收集區域。相較之下，根據本發明所揭露的篩選方法，各細胞的篩選時間會被減少到72.1(s)左右，且準確度可提高到100%。

表1
圖14是根據本發明實施例所繪示的具有多個流體渠道的篩選裝置的俯視示意圖。圖14所示的裝置100與圖1中所示的裝置100相似，主要區別在於圖14中所示的裝置還包括其他微流體渠道，例如側渠道(side channel)114和收集渠道(collection channel)116。側渠道114的兩端可分別連接到主要渠道112和收集渠道116。在裝置100的運作過程中，待篩選細胞可以從主要渠道112通過側渠道114而被篩選到收集渠道116，並臨時地被儲存在收集渠道116中。當被儲存在收集渠道116中的細胞數量超過一定數值或任何由使用者自訂的數值，可進一步將緩衝液自輸入口150-1注入至收集渠道116，以將被收集的細胞自收集渠道116通過輸出口150-2而被排出至測試管。此外，主要渠道、側渠道和收集渠道的寬度比會介於1:1:1到10:1:10的範圍內，如1:1:1、2:1:2、3:1:3、4:1:4、5:1:5、6:1:6、7:1:7、8:1:8、9:1:9、10:1:10，但不限於此。本實施例的優點在於，待篩選細胞可以臨時地被儲存在收集渠道116中，使得在主要渠道112中進行的篩選過程可以連續進行而不中斷。此外，該裝置100可以用來篩選不同類型的細胞。例如，在第一輪的篩選過程中，一群相同種類的細胞可能會先被收集到收集渠道116中，然後再流動至試管中。然後，通過第二輪的篩選過程，一群其他類型的細胞可能先被收集到收集渠道116中，然後再流動至試管中。圖15A到圖15C分別顯示了當主要渠道、側渠道和收集渠道的寬度比例為1:1:1、2:1:2和10:1:10時流體在主要渠道中的流速分佈結果圖。根據圖15A到圖15C所示的結果，其證實了對於渠道的寬度比率被設定在上述範圍內的裝置，當流體在主要渠道112中流動時，流體便不會自主要渠道112而流入側渠道114中，從而避免了不需要的細胞從主要渠道112流入收集渠道116中，反之亦然。
圖16是根據本發明實施例所繪示的具有彎曲主要渠道的篩選裝置的俯視示意圖。圖16中所示的裝置100與圖1所示的裝置相似，主要區別在於圖16所示的裝置包括一個彎曲主要渠道112和一個側渠道114。側渠道114的一端會被連接到彎曲的主要渠道112的頂點。根據本實施例，實驗資料證明了彎曲主要渠道112的外側流道上的流速R1會低於其內側流道的流速R2。舉例來說，當流體的線性流速為9x10-9 mm/min時，流速R1為1.7x10-12 mm/min，而流速R2為4.7x10-9 mm/min。因此，若能在彎曲主要渠道112的頂點處進行細胞篩選時，由於該區域的流速較慢，篩選過程便可以更有精確且更能避免流體自彎曲主要渠道112流進側渠道114。如圖17的實驗資料所示，對於彎曲渠道，靠近外側流道的流速確時會低於靠近內側流道的流速。
圖18是根據本發明實施例所繪示的具有彎曲主要渠道和彎曲收集渠道的篩選裝置的俯視示意圖。圖18所示的裝置100可視為是圖14和圖16中所示結構的結合。圖18所示實施例的優點是，待篩選細胞可以被暫時儲存在彎曲的收集渠道116中，以便在主要渠道112中所進行的篩選過程可以連續進行而不中斷。而且，裝置100可以用來分類不同類型的細胞。此外，在主要渠道112和收集渠道116中的流體可能以層流的方式流動，這代表在流體流動的過程中，主要渠道112和收集渠道116中的流體不會流入側渠道114中，從而避免了不需要的細胞自主要渠道112流入收集渠道116，反之亦然。此外，由於主要渠道112的外側流道的流速R1會低於主要渠道112的內側流道的流速R2，因此若能在彎曲主要渠道112和側渠道114的交界處篩選細胞，則篩選的過程會更精確和效率。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧光源
100‧‧‧裝置
102‧‧‧上蓋板
102-1‧‧‧內側面
104‧‧‧下蓋板
104-1‧‧‧內側面
106‧‧‧第一透明導電電極
108‧‧‧第二透明導電電極
110‧‧‧感光材質
112‧‧‧主要渠道
112A‧‧‧面積
112S‧‧‧側壁
114‧‧‧側渠道
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‧‧‧中間層
130‧‧‧流體非均質混合物
132、134‧‧‧細胞
140‧‧‧光區
140A‧‧‧表面面積
140E‧‧‧邊緣
140-1‧‧‧長度
140-2‧‧‧寬度
142‧‧‧光圖形
142-1‧‧‧內側光區
142-2‧‧‧外側暗區
144a‧‧‧外緣
150-1‧‧‧輸入口
150-2‧‧‧輸出口
A1、A2‧‧‧面積
O1‧‧‧第一開口
O2‧‧‧第二開口
R1、R2‧‧‧流速
以下圖式進一步描述了本發明的各實施例，其中：
圖1是根據本發明一實施例所繪示的將生物粒子自流體非均質混合物中篩選出的裝置的俯視示意圖。
圖2是根據本發明一實施例沿著圖1中剖線A-A’和剖線B-B’所繪示的剖面示意圖。
圖3是根據本發明實施例所繪示的不同類型的入口以及出口的示意圖。
圖4是根據本發明的一個實施例所繪示的將流體非均質混合物輸送經過主要渠道時的篩選裝置的示意圖。
圖5是本發明的比較例和實施例在細胞篩選裝置入口或者出口的光學顯微鏡圖。
圖6是根據本發明實施例所繪示的具有相對設置的入口和出口的篩選裝置，其中入口和出口分別位於主要渠道的兩端。
圖7是根據本發明實施例所繪示的感光層設置於主要渠道頂面的篩選裝置的剖面示意圖。
圖8是根據本發明實施例所繪示的具有雙層感光層的篩選裝置的剖面示意圖。
圖9是根據本發明實施例所繪示的具有中間層的篩選裝置的剖面示意圖。
圖10是根據本發明一實施例所繪示的使用影像操控電場力以於篩選裝置內操縱生物粒子的示意圖。
圖11是根據本發明另一實施例所繪示的使用影像操控電場力以於篩選裝置內操縱生物粒子的示意圖。
圖12是根據本發明又一實施例所繪示的使用影像操控電場力以於篩選裝置內操縱生物粒子的示意圖。
圖13是通過不同篩選裝置以篩選出生物粒子的光學顯微鏡圖和螢光顯微鏡圖。
圖14是根據本發明實施例所繪示的具有多個流體渠道的篩選裝置的俯視示意圖。
圖15A顯示了當主要渠道、側渠道和收集渠道的寬度比例為1:1:1時流體在主要渠道中的流速分佈結果圖。
圖15B顯示了當主要渠道、側渠道和收集渠道的寬度比例為2:1:2時流體在主要渠道中的流速分佈結果圖。
圖15C顯示了當主要渠道、側渠道和收集渠道的寬度比例為10:1:10時流體在主要渠道中的流速分佈結果圖。
圖16是根據本發明實施例所繪示的具有彎曲主要渠道的篩選裝置的俯視示意圖。
圖17是本發明實施例針對彎曲主要渠道中不同位置的流速測試圖。
圖18是根據本發明實施例所繪示的具有彎曲主要渠道和彎曲收集渠道的篩選裝置的俯視示意圖。

Claims (16)

  1. 一種利用影像操控電場力以篩選生物粒子的裝置，包括： 一第一基板，包括一第一導電電極； 一第二基板，包括相對於該第一導電電極而設置的一第二導電電極； 一流體渠道，被設置在該第一導電電極以及該第二導電電極之間； 一個或者複數個感光層，共形地被設置在該第一導電電極和該第二導電電極的至少其中之一的表面上；以及 一入口孔洞，被設置在該第一導電電極和該第一基板中，其中該入口孔洞包括鄰近該流體渠道的一第一開口以及遠離該流體渠道的一第二開口，該第一開口的面積會大於該第二開口的面積。
  2. 根據請求項1所述的裝置，其中該裝置還包括一出口孔洞，被設置在該第一導電電極和該第一基板中，其中該出口孔洞包括鄰近該流體渠道的一第三開口以及遠離該流體渠道的一第四開口，該第三開口的面積會大於該第四開口的面積。
  3. 根據請求項2所述的裝置，其中該裝置還包括至少兩個設置於該第一基板內的圓柱狀穿孔，該些圓柱狀穿孔會分別被連接至該第二開口和該第四開口。
  4. 根據請求項1所述的裝置，其中該裝置還包括被設置在該第二導電電極和該第二基板中的一出口孔洞，其中該出口孔洞包括鄰近該流體渠道的一第三開口以及遠離該流體渠道的一第四開口，該第三開口的面積會大於該第四開口的面積。
  5. 根據請求項1所述的裝置，其中該入口孔洞包括自該第一開口向該第二開口逐漸減少的漸變截面，且該出口孔洞包括自該第三開口向該第四開口逐漸減少的漸變截面。
  6. 根據請求項1所述的裝置，其中該第一基板以及該第二基板各自包括一內側面，且該第一導電電極以及該第二導電電極會分別被該內側面支持。
  7. 根據請求項1所述的裝置，其中其中一個該感光層會被共形地設置在該第一導電電極的表面上，且其中另一個該感光層會被共形地設置在該第二導電電極的表面上。
  8. 根據請求項1所述的裝置，其中該流體渠道包括一主要渠道和一側渠道，且該側渠道的其中一端會被連接至該主要渠道。
  9. 根據請求項1所述的裝置，其中該流體渠道包括一彎曲主要渠道以及一側渠道，且該側渠道的其中一端會被連接到該彎曲主要渠道的一頂點。
  10. 根據請求項8或9所述的裝置，其中該流體渠道還包括被連接至該側渠道另一端的一收集渠道，其中該主要渠道的渠道寬度和該側渠道的渠道寬度間的比例介於1:1到10:1之間，且該側渠道的渠道寬度和收集渠道的渠道寬度間的比例介於1:1到1:10之間。
  11. 根據請求項1所述的裝置，其特徵在於，該流體渠道是一半滲透渠道，被配置於讓該流體渠道內的離子擴散至該流體渠道之外。
  12. 根據請求項1所述的裝置，其中該裝置還包括被設置在該第一基板以及該第二基板之間的一中間層，其中該流體渠道會被設置在該中間層之中，且該中間層由生物相容材質組成。
  13. 一種運作如請求項1所述的裝置的方法，其中該裝置還包括一主要渠道和連接至該主要渠道的一側渠道，其中該方法包括： (a)通過該入口孔洞，以提供包括複數個生物粒子的液體到該主要渠道； (b)當該些生物粒子流至該主要渠道的一篩選區時，確認該些生物粒子； (c)在該些生物粒子被確認之後，降低該液體的流速或停止該液體的流動； (d)在步驟(c)後，定位該些生物粒子； (e)照射一光區到該篩選區； (f)照射具有暗區的一光圖形到該篩選區，使得該光圖形會至少重疊其中至少一個該些生物粒子，其中該暗區的亮度會暗於鄰近於該暗區的其他區域的亮度；以及 (g)移動該光圖形，並使重疊於該光圖形的該生物粒子一起移動。
  14. 根據請求項13所述的方法，其中在步驟(e)中，該光區的面積會大於該主要渠道的一半面積，且該方法還包括： (h)當該光區被照射到該篩選區時，擴大該暗區的面積。
  15. 根據請求項14所述的方法，其中該方法還包括： (i)擴大該暗區的面積，直到該暗區的一外側邊緣抵到達該光區的一邊緣。
  16. 根據請求項13所述的方法，其中該裝置還包括連接至該側渠道的一收集渠道，且該方法還包括： (j)移動重疊於該光圖形的該生物粒子，使該生物粒子被移動至該收集渠道。
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