TW201940202A - 全血過濾裝置及其製作方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種全血過濾裝置，包括一第一過濾部、一與該第一過濾部連接的第二過濾部、以及一微流道部，其中，該第一過濾部包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜，而該第二過濾部包括複數個微珠，且於該第二過濾部之輸出端的微珠尺寸大於輸入端的微珠尺寸，據此，藉由血液往下的壓力以及該微流道部的吸力，可在短時間內使血液經該第一過濾部及該第二過濾部得以進行分離而檢測。

Description

全血過濾裝置及其製作方法

本發明有關一種微流道裝置，尤指一種具血液過濾效果以快速使血球分離之全血過濾裝置。

實驗室晶片泛指能整合多種化學、生物分析功能於單一晶片上，只要使用微量的樣品就可以進行在此單一晶片上完成實驗室所進行的分析流程，故又稱之為微型全分析系統(Micro Total Analysis Systems, µTAS)。

目前的醫學檢驗技術，大多是透過血液檢測以初步診斷。然而採血的過程大致包括血漿血球分離、生物標記檢測以及結果分析，不僅需要專業人力配合也相當耗時，導致經濟效益不佳。隨著實驗室晶片技術的成熟，目前已有許多應用在血液檢測的實驗室晶片相關技術公開。

譬如美國專利公告號US9757728B2提出一種用來分離細胞的微流道。該微流道為一種適合裝入培養皿的微流體等分晶片，具有一作為入口的中心孔以及複數個作為出口的側孔，在該中心孔與該些側孔之間設置有複數個微流道將其連接。如此一來，當由該中心孔注入細胞懸浮液時，經由正壓驅動流使得單一細胞得以均勻地被分散到該些側孔之中。由於使裝置可快速地分離單一細胞且細胞仍保有其活性，適用在血液分離、PCR或定序等生物技術中。

在實際應用時，包含前述專利在內的相關技術仍會產生諸如過濾效果不彰、血球破裂、裝置結構複雜導致成本太高無法大量應用等問題，基於上述理由，對於該類晶片的持續研發仍有其必要。

本發明的主要目的，在於解決習知微流道裝置的血液過濾效果不佳而容易造成血球破裂的缺點。除此之外，諸如此類具有血液過濾效果的微流道裝置，必須設計有如柱狀結構以阻擋血球、或利用流道結構以透過血球血漿的流速不同來進行分離，惟上述習知裝置的製造成本高且良率不高，亦為本發明所欲改善之缺點之一。

為達到上述目的，本發明提供一種全血過濾裝置，包括一第一過濾部，該第一過濾部包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜，該過濾膜彼此垂直堆疊而形成一立體多孔過濾結構，該過濾結構具有一第一輸入端以及一位於該第一輸入端下方的第一輸出端；一與該第一過濾部連接的第二過濾部，該第二過濾部包括一基板、一設置於該基板的貫孔以及複數個微珠，該貫孔具有一容置該微珠的過濾槽以及一和該過濾槽相鄰且與該第一輸出端連通的垂直流道，該微珠包括複數個靠近該垂直流道且形成一第二輸入端的第一微珠以及複數個遠離該垂直流道而形成一第二輸出端的第二微珠，該第二微珠大於該第一微珠；以及一微流道部，具有一和該輸出側連通的微流道。

本發明並提供一種全血過濾裝置之製作方法，包括：

提供一微流道部；

設置一第二過濾部，該第二過濾部包括一基板、一設置於該基板的貫孔以及複數個微珠，該貫孔具有一容置該微珠的過濾槽以及一和該過濾槽相鄰的垂直流道，該微珠包括複數個靠近該垂直流道且形成一第二輸入端的第一微珠以及複數個遠離該垂直流道而形成一第二輸出端的第二微珠，該第二微珠大於該第一微珠；

設置一第一過濾部，該第一過濾部包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜，該過濾膜彼此垂直堆疊而形成一立體多孔過濾結構，該過濾結構具有一第一輸入端以及一位於該第一輸入端下方的第一輸出端；以及

堆疊該微流道部、該第二過濾部、以及該第一過濾部，使得該全血過濾裝置形成為依序具有該微流道部、該第二過濾部、以及該第一過濾部之結構。

是以，本發明相較於習知技術所能達到的功效在於：

(1) 本發明整合血液分離及微機電系統加工技術，把傳統生化分析中所需要的微幫浦、微閥門、微過濾器、微混合器、微管道、微感測器及微反應器等元件集中製作在本發明之全血過濾裝置上，具有輕薄短小的特性，利用單一機構即可進行血液前處理、混合、運輸、分離及偵測等程序。

(2) 本發明的全血過濾裝置可有效降低人工操作的實驗誤差，提升系統的穩定性，並且降低耗能及樣品的用量，有效地節省人力和時間。

(3) 本發明的全血過濾裝置結合第一過濾部及第二過濾部，藉由血液往下的壓力以及該微流道部的吸力，可在約3至5分鐘的短時間內使血球分離並進行檢測，改善習知微流道裝置容易造成血球破裂或血液過濾效果不佳等缺點。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

『圖1』、『圖2』、及『圖3』為本發明的全血過濾裝置的一實施例，主要包括一第一過濾部1、一與該第一過濾部1連接的第二過濾部2、以及一微流道部3。

該第一過濾部1包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜12，該過濾膜12彼此垂直堆疊而形成一立體多孔過濾結構。更具體地，於本發明一實施例中，該第一過濾部1可包括複數個彼此堆疊之基板11，且每一該基板11均具有一貫孔，相鄰兩基板11之間夾設一覆蓋該貫孔之過濾膜12以彼此堆疊形成該立體多孔過濾結構。

於本發明一實施例中，該基板11之材質可為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、金屬、或玻璃，且相鄰之該過濾膜12之孔徑彼此相同或不同，然為了獲得較佳的過濾效果，本發明可選擇使用不同孔徑之該過濾膜12以構成該立體多孔過濾結構。該過濾結構具有一第一輸入端13以及一位於該第一輸入端13下方的第一輸出端14，使血液樣本得以由該第一輸入端13進入該第一過濾部1並經第一次過濾而由該第一輸出端14輸出。本實施例中，該第一輸出端14的寬度小於該第一輸入端13。

該第二過濾部2包括至少一基板21、一設置於該基板21的貫孔、以及複數個微珠22。於本實施例中，該第二過濾部2係堆疊三層該基板21，但在其他的實施例中亦可視需求調整該基板21的數目，譬如2層、或者增加至4層、5層或以上，且該基板21之材質可為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、金屬、或玻璃。

該第二過濾部2具有一第二輸入端23以及一第二輸出端24，設置該第二過濾部2使該第二輸入端23連通該第一過濾部1之該第一輸出端14，令血液樣本由該第二輸入端23進入該第二過濾部2進行二次過濾。

於該第二過濾部2中，每一該貫孔具有一容置該微珠22的過濾槽，且該些過濾槽彼此對應而形成一通道，該通道靠近該微流道部3之一端之寬度大於遠離該微流道部3之一端之寬度，使得該通道呈現一階梯形狀，意即，將該過濾槽彼此重疊所形成的該階梯狀通道係由一第一側211、一與該第一側211相對之第二側212、一相鄰於該第一側211之第三側213、以及一第四側214所定義，且最靠近該微流道部3之該第一側211之寬度最寬，而最遠離該微流道部3之該第二側212之寬度最窄。

該微珠22則可概分為複數個靠近該垂直流道且形成一第二輸入端23的第一微珠以及複數個遠離該垂直流道而形成一第二輸出端24的第二微珠，該些微珠22排列於該過濾槽中，並且於該過濾槽之一側形成一垂直流道，血液樣本進入該第二過濾部2後將迅速填滿該垂直通道，並藉由毛細作用朝著該過濾槽中之該些微珠22移動。本實施例中，該第二輸出端24的該第二微珠大於該第二輸入端23的該第一微珠。

於本發明一實施例中，請參考『圖1』及『圖3』：每一該過濾槽中填充有複數個微珠22，最靠近該微流道部3之該過濾槽中排列有三種不同尺寸之微珠22，隨著與該微流道部3之距離越來越遠，該過濾槽所填充的該微珠22種類遞減為兩種、一種，然本發明對此並無限制，只要是當該過濾槽中有排列兩種以上尺寸的該微珠22的情況時，遠離該垂直流道而形成一第二輸出端24的第二微珠大於靠近該垂直流道且形成一第二輸入端23的第一微珠即可，本發明中該些微珠22的材質可為矽玻璃、或者其他能形成過濾效果的材料。

本發明所使用之該微流道部3除了包括一樣品輸入口31使得經由兩次過濾後的血漿經此樣品輸入口31進入該微流道裝置中、以及複數個可供血漿在其中流動的微流道32之外，並無其他限制。關於該微流道部3的製作方法，舉例來說，可先在一適當的基材上(譬如，玻璃基材)以各種不同微細精準的加工方法製造出可供液體流動的微流道32，再把其與另一片作為蓋板的基材緊密貼合而形成完整封閉的微小通道後，獲得如『圖2A』所示的該微流道部3，經實驗發現，比較相同面積中該微流道32的寬度較大但數量較少、以及該微流道32寬度較小但數量較多的情況，樣本在後者的設計中流動速度較快。故在本發明中，該微流道32的設計可朝減少每一該微流道32的寬度同時增加該微流道32的數量的方向進行。上述之全血過濾裝置可藉由以下步驟(S1)至(S4)製得。

(S1)提供該微流道部3；

(S2)設置一第二過濾部2，使該第二過濾部2包括一基板21、一設置於該基板21的貫孔以及複數個微珠22。利用如雷射或刀具切割該基板21使其具有相同之厚度，並在該基板21上挖孔使得該基板21形成有該貫孔、容置該微珠22的過濾槽、以及一和該過濾槽相鄰的垂直流道，該微珠22包括複數個靠近該垂直流道且形成一第二輸入端23的第一微珠以及複數個遠離該垂直流道而形成一第二輸出端24的第二微珠，該第二微珠大於該第一微珠；

在堆疊該微珠22的時候係將該些尺寸不同的微珠22與諸如磷酸鹽緩衝生理鹽水(PBS)等能與血液相容的緩衝液從該第二輸入端23注入該第二過濾部2後，將該第二過濾部2連同該微流道部3一併進行離心。

請搭配參考『圖2B』，離心之後，該緩衝液將移動並留存於一儲存區33中，隨後再以諸如烤箱之加熱裝置將該儲存區33的該緩衝液烤乾以移除多餘之水分。

(S3)設置一第一過濾部1，該第一過濾部1包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜12，該過濾膜12彼此垂直堆疊而形成一立體多孔過濾結構，該過濾結構具有一第一輸入端13以及一位於該第一輸入端13下方的第一輸出端14。於一實施例中，該第一過濾部1可進一步堆疊複數個基板11，利用如雷射或刀具切割該些基板11使其具有相同之厚度並在該基板11上挖孔使每一該基板11均具有一貫孔。隨後，在相鄰兩基板11間夾設該過濾膜12，使該過濾膜12覆蓋該貫孔。關於此步驟之基板，可選用聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)，然而其他如金屬或玻璃之材質亦可使用。此外，於本發明一實施例中，相鄰之該過濾膜12之孔徑可彼此不同或者相同，惟若考量過濾效果，較佳可選用具有不同孔徑之該過濾膜12。

(S4) 堆疊該微流道部3、該第二過濾部2、以及該第一過濾部1，使得該全血過濾裝置形成為依序具有該微流道部3、該第二過濾部2、以及該第一過濾部1之結構。

綜上所述，本發明具有以下特點：

(1) 本發明整合血液分離及微機電系統加工技術，把傳統生化分析中所需要的微幫浦、微閥門、微過濾器、微混合器、微管道、微感測器及微反應器等元件集中製作在本發明之全血過濾裝置上，具有輕薄短小的特性，利用單一機構即可進行血液前處理、混合、運輸、分離及偵測等程序。

(2) 本發明的全血過濾裝置可有效降低人工操作的實驗誤差，提升系統的穩定性，並且降低耗能及樣品的用量，有效地節省人力和時間。

(3) 本發明的全血過濾裝置結合第一過濾部及第二過濾部，藉由血液往下的壓力以及該微流道部的吸力，可在約3至5分鐘的短時間內使血球分離並進行檢測，改善習知微流道裝置容易造成血球破裂或血液過濾效果不佳等缺點。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

1‧‧‧第一過濾部

11‧‧‧基板

12‧‧‧過濾膜

13‧‧‧第一輸入端

14‧‧‧第一輸出端

2‧‧‧第二過濾部

21‧‧‧基板

211‧‧‧第一側

212‧‧‧第二側

213‧‧‧第三側

214‧‧‧第四側

22‧‧‧微珠

23‧‧‧第二輸入端

24‧‧‧第二輸出端

3‧‧‧微流道部

31‧‧‧樣品輸入口

32‧‧‧微流道

33‧‧‧儲存區

『圖1』，為本發明的全血過濾裝置示意圖。 『圖2A』，為本發明的全血過濾裝置的微流道裝置示意圖。 『圖2B』為『圖2A』的微流道裝置部分放大圖。 『圖3』，為本發明的全血過濾裝置的第二過濾部之部分示意圖。

Claims (10)

1. 一種全血過濾裝置，包括： 一第一過濾部，該第一過濾部包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜，該過濾膜彼此垂直堆疊而形成一立體多孔過濾結構，該過濾結構具有一第一輸入端以及一位於該第一輸入端下方的第一輸出端； 一與該第一過濾部連接的第二過濾部，該第二過濾部包括一基板、一設置於該基板的貫孔以及複數個微珠，該貫孔具有一容置該微珠的過濾槽以及一和該過濾槽相鄰且與該第一輸出端連通的垂直流道，該微珠包括複數個靠近該垂直流道且形成一第二輸入端的第一微珠以及複數個遠離該垂直流道而形成一第二輸出端的第二微珠，該第二微珠大於該第一微珠；以及 一微流道部，具有一和該輸出側連通的微流道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全血過濾裝置，其中，相鄰之該些過濾膜之孔徑彼此不同。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全血過濾裝置，其中，該基板之材質係為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、金屬、或玻璃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全血過濾裝置，其中，該第二過濾部更包括彼此堆疊之複數個該基板，令容置該微珠的該些過濾槽彼此對應而形成一通道。
5. 如申請專利範圍第4項所述之全血過濾裝置，其中，該通道靠近該微流道部之一端之寬度大於遠離該微流道部之一端之寬度。
6. 一種全血過濾裝置之製作方法，包括： 提供一微流道部； 設置一第二過濾部，該第二過濾部包括一基板、一設置於該基板的貫孔以及複數個微珠，該貫孔具有一容置該微珠的過濾槽以及一和該過濾槽相鄰的垂直流道，該微珠包括複數個靠近該垂直流道且形成一第二輸入端的第一微珠以及複數個遠離該垂直流道而形成一第二輸出端的第二微珠，該第二微珠大於該第一微珠； 設置一第一過濾部，該第一過濾部包括複數個各具有複數個沿一平面分布的微孔的過濾膜，該過濾膜彼此垂直堆疊而形成一立體多孔過濾結構，該過濾結構具有一第一輸入端以及一位於該第一輸入端下方的第一輸出端；以及 堆疊該微流道部、該第二過濾部、以及該第一過濾部，使得該全血過濾裝置形成為依序具有該微流道部、該第二過濾部、以及該第一過濾部之結構。
7. 如申請專利範圍第6項所述之製作方法，其中，相鄰之該些過濾膜之孔徑彼此不同。
8. 如申請專利範圍第6項所述之製作方法，其中，該基板之材質係為聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate, PMMA)、金屬、或玻璃。
9. 如申請專利範圍第6項所述之製作方法，其中，該第二過濾部更包括彼此堆疊之複數個該基板，令容置該微珠的該些過濾槽彼此對應而形成一通道。
10. 如申請專利範圍第9項所述之製作方法，其中，該通道靠近該微流道部之一端之寬度大於遠離該微流道部之一端之寬度。