TW202007969A - 收集與取出流體樣品的設備以及微流體晶片 - Google Patents

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Abstract

依據本發明的一些實施例的收集與取出流體樣品的設備包括微流體晶片、取出管、第一開關、第二開關以及處理器。微流體晶片包括第一樣品通道、第一流體導向通道組、第一匯流室、第一收集通道、第一廢棄物通道以及取出孔。取出孔穿過微流體晶片的外表面。取出管連接至所述取出孔。第一開關連接至微流體晶片。第二開關附接於取出管上。處理器配置以開啟第一開關以操作第一流體導向通道組的流量調整，以及在操作第一流體導向通道組的流量調整的期間，開啟第二開關，以操作在第一收集通道中的樣品收集。

Description

收集與取出流體樣品的設備以及微流體晶片
本發明是有關於一種細胞分選領域，且特別是有關於一種從體液樣本中分離、收集以及取出生物細胞的設備。
微流體晶片（Microfluidic chip）已經被應用於各個領域中，特別是，生物相關領域，如生物醫學、生物化學或其相關領域。在生物相關領域的應用上，會於微流體晶片中檢測血液樣品。通常，血液樣品中包含各種細胞，而對分選罕見細胞的需求正迅速擴大。在血液樣品中的罕見目標細胞群可以包括循環腫瘤細胞（circulating tumor cells, CTCs）、造血幹細胞（hematopoietic stem cells, HSCs）、循環胚胎細胞（circulating fetal cells, CFCs）。以高純度和高回收率分離這些罕見細胞將代表疾病篩檢和監測的顯著進步。然而，商用細胞分選儀器在關於分選罕見細胞群上具有一些限制，包括經常的低分選率、顯著的樣品流失、以及高操作壓力會導致功能或存活率的喪失，而無法進行進一步分析。因此，微流體晶片和相關設備仍需要改進以滿足醫療上的需求。
本發明提供一種收集與取出流體樣品的設備，以在微流體晶片中取出分選樣品。
本發明提供一種微流體晶片，有助於以高分選率分選流體樣本。
在本發明的一些實施例中，收集與取出流體樣品的設備包括微流體晶片、取出管、第一開關、第二開關以及處理器。微流體晶片包括第一樣品通道、第一流體導向通道組、第一匯流室、第一收集通道、第一廢棄物通道以及取出孔。第一樣品通道與第一流體導向通道組匯聚至第一匯流室的第一側。第一收集通道與第一廢棄物通道從第一匯流室的第二側分出，其中第一側與第二側為相對側。取出孔穿過微流體晶片的外表面。第一收集通道於取出孔與第一匯流室之間形成流體流通。取出管連接至所述取出孔。第一開關連接至微流體晶片以配置操作第一流體導向通道組的流量調整。第二開關附接於取出管上。處理器配置以開啟第一開關以操作第一流體導向通道組的流量調整，以及在操作第一流體導向通道組的流量調整的期間，開啟第二開關，以操作在第一收集通道中的樣品收集。
在本發明的一些實施例中，第二開關可拆卸地附接於取出管上。
在本發明的一些實施例中，第一流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過微流體晶片的外表面且與第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔。第一樣品通道、第一緩衝溶液通道以及第二緩衝溶液通道匯聚至第一匯流室的第一側。第一樣品通道連接至第一匯流室的接點位於第一緩衝溶液通道連接至第一匯流室的接點與第二緩衝溶液通道連接至第一匯流室的接點之間。
在本發明的一些實施例中，緩衝溶液調節管（BAT）更連接至第一流體導向通道組的緩衝溶液調節孔，且緩衝溶液調節管上附接有第一開關。
在本發明的一些實施例中，微流體晶片更包括第二樣品通道、第二流體導向通道組、第二匯流室、第二收集通道、第二廢棄物通道以及連接通道。第二樣品通道與第二流體導向通道組匯聚至第二匯流室的第一側。第二收集通道與第二廢棄物通道從第二匯流室的第二側分出，其中第二匯流室的第二側相對於第二匯流室的第一側。連接通道於第一樣品通道與第二收集通道之間形成流體流通。
在本發明的一些實施例中，第二流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過微流體晶片的外表面且與第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔。第二樣品通道、第一緩衝溶液通道以及第二緩衝溶液通道匯聚至第二匯流室的第一側。第二樣品通道連接至第二匯流室的接點，位於第一緩衝溶液通道連接至第二匯流室的接點與第二緩衝溶液通道連接至第二匯流室的接點之間。
在本發明的一些實施例中，緩衝溶液調節管更連接至第二流體導向通道組的緩衝溶液調節孔，以及附接於緩衝溶液調節管上的第三開關。
在本發明的一些實施例中，第一開關、第二開關以及第三開關可以被處理器各自獨立開啟。
在本發明的一些實施例中，連接通道包括多個縱向顆粒分離部，沿著連接通道的延伸方向串聯連接，每一縱向顆粒分離部包括至少一彎曲部以及至少一捷徑部，其中彎曲部與捷徑部在每一縱向顆粒分離部的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，且彎曲部的路徑長度大於捷徑部的路徑長度。
在本發明中也提供另一收集與取出流體樣品的設備包括微流體晶片、取出管、控制管、第一開關、第二開關、第三開關以及處理器。微流體晶片包括第一樣品通道、第一流體導向通道組、第一匯流室、第一收集通道、第一廢棄物通道、控制孔、取出通道以及取出孔。第一樣品通道與第一流體導向通道組匯聚至第一匯流室的第一側。第一收集通道與第一廢棄物通道從第一匯流室的第二側分出，其中第一側與第二側為相對側。控制孔穿過微流體晶片的外表面，其中第一收集通道於控制孔與第一匯流室之間形成流體流通。取出通道從第一收集通道於控制孔與第一匯流室之間的接點分支出來。取出孔穿過微流體晶片的外表面，其中取出通道於取出孔與第一收集通道之間形成流體流通。取出管連接至取出孔。控制管連接至控制孔。第一開關連接至微流體晶片，以配置操作第一流體導向通道組的流量調整。於控制管上附有第二開關。於取出管上附有第三開關。處理器被配置以開啟第一開關以操作第一流體導向通道組的流量調整，以及在操作第一流體導向通道組的流量調整的期間，開啟第二開關，以操作在第一收集通道中的樣品收集，且於第一收集通道中操作樣品收集後，開啟第三開關以操作樣品取出。
在本發明的一些實施例中，處理器被配置以更進一步於第三開關被開啟的期間，關閉第二開關。
在本發明的一些實施例中，第一流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過微流體晶片的外表面且與第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔。第一樣品通道、第一緩衝溶液通道以及第二緩衝溶液通道匯聚至第一匯流室的第一側。第一樣品通道連接至第一匯流室的接點，位於第一緩衝溶液通道連接至第一匯流室的接點與第二緩衝溶液通道連接至第一匯流室的接點之間。
在本發明的一些實施例中，緩衝溶液調節管連接至緩衝溶液調節孔，且於緩衝溶液調節管上附接有第一開關。
在本發明的一些實施例中，微流體晶片更包括第二樣品通道、第二流體導向通道組、第二匯流室、第二收集通道、第二廢棄物通道以及連接通道。第二樣品通道與第二流體導向通道組匯聚至第二匯流室的第一側。第二收集通道與第二廢棄物通道從第二匯流室的第二側分出，其中第二匯流室的第一側相對於第二匯流室的第二側。連接通道於第一樣品通道與第二收集通道之間形成流體流通。
在本發明的一些實施例中，第二流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過微流體晶片的外表面且與第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔。第二樣品通道、第一緩衝溶液通道以及第二緩衝溶液通道匯聚至第二匯流室的第一側。第二樣品通道連接至第二匯流室的接點位於第一緩衝溶液通道連接至第二匯流室的接點與第二緩衝溶液通道連接至第二匯流室的接點之間。收集與取出流體樣品的設備更包括連接至緩衝溶液調節孔的緩衝溶液調節管以及附接於緩衝溶液調節管的第四開關，其中處理器被配置獨立地開啟第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依本發明一實施例的收集與取出流體樣品的設備的示意圖。請參照圖1，收集與取出流體樣品的設備10包括微流體晶片100、第一開關SW1、第二開關SW2以及處理器PR。第一開關SW1經由緩衝溶液調節管BAT連接至微流體晶片100，而第二開關SW2經由取出管RT連接至微流體晶片100。此外，收集與取出流體樣品的設備10可以更包括緩衝溶液源BS，以提供緩衝溶液流體經由一或多個對應的管流入微流體晶片100。處理器PR被配置用以控制第一開關SW1與第二開關SW2，也控制緩衝溶液源BS。
在一實施例中，緩衝溶液調節管BAT建立微流體晶片100與緩衝溶液源BS之間的流體流通。緩衝溶液調節管BAT上附接有第一開關SW1，而可以調整從緩衝溶液源BS進入微流體晶片100的緩衝溶液流體的流速及/或量。取出管RT的一端可經由取出孔160連接至微流體晶片100，而取出管RT的另一端可以連接至容器C1。第二開關SW2可以以可拆卸地方式連接至取出管RT。因此，藉由從取出管RT上拆卸第二開關SW2，在取出管RT中的流體可以行進至容器C1。
在本發明中，本實施例與下述實施例中所謂的通道可以具有5微米（micrometer, µm）至5公分（centimeter, cm）的寬度範圍，但本發明不以此為限，而在本實施例與下述實施例中所謂的孔可以是穿過微流體晶片的外表面以及於相對應的通道與外部之間建立流體流通的孔或開口。
在本實施例中，微流體晶片100包括樣品通道110、流體導向通道組120、匯流室130、廢棄物通道140以及收集通道150。樣品通道110、流體導向通道組120、廢棄物通道140以及收集通道150都與匯流室130流體流通。樣品通道110與流體導向通道組120匯聚到匯流室130的第一側132，而收集通道150與廢棄物通道140從匯流室130的第二側134分出，其中第一側132與第二側134為相對側。
在一實施例中，流體導向通道組120包括第一緩衝溶液通道122、第二緩衝溶液通道124，而微流體晶片100更包括穿過微流體晶片100的外表面以及與第一緩衝溶液通道122流體流通的緩衝溶液調節孔126。於緩衝溶液調節孔126插入緩衝溶液調節管BAT，以使附接有第一開關SW1的緩衝溶液調節管BAT與第一緩衝溶液通道122流體流通。樣品通道110、第一緩衝溶液通道122以及第二緩衝溶液通道124匯聚到匯流室130的第一側132。樣品通道110、第一緩衝溶液通道122以及第二緩衝溶液通道124可以共面（coplanar），且第一緩衝溶液通道122與第二緩衝溶液通道124被設置在樣品通道110的相對側上。因此，如圖1所示，樣品通道110連接至匯流室130的接點，可以位於第一緩衝溶液通道122連接至匯流室130的接點與第二緩衝溶液通道124連接至匯流室130的接點之間。具體而言，第一緩衝溶液通道122連接至匯流室130的接點與廢棄物通道140連接至匯流室130的接點相對應，而第二緩衝溶液通道124連接至匯流室130的接點與收集通道150連接至匯流室130的接點相對應。
此外，可以於樣品通道110遠離匯流室130的遠端形成樣品入口孔112，而可以於第一緩衝溶液通道122遠離匯流室130的遠端以及第二緩衝溶液通道124遠離匯流室130的遠端分別形成兩個緩衝溶液入口孔128，而緩衝溶液調節孔126可以位於匯流室130與第一緩衝溶液通道122的緩衝溶液入口孔128之間。樣品通道110、第一緩衝溶液通道122以及第二緩衝溶液通道124中的每一者可以更進一步於入口孔（樣品入口孔112以及緩衝溶液入口孔128）與匯流室130之間形成過濾部FS。過濾部FS可以包括多個過濾狹縫，用於過濾注入的樣品流體與緩衝溶液流體中不需要的顆粒或汙染物。
可以於廢棄物通道140遠離匯流室130的遠端形成廢棄物出口孔142。廢棄物出口孔142穿過微流體晶片100的外表面且與廢棄物通道140流體流通。
微流體晶片100可以更包括於收集通道150遠離匯流室130的遠端形成的取出孔160。於取出孔160插入取出管RT，以與收集通道150流體流通。廢棄物通道140與收集通道150可以於匯流室130的第二側134分出。在一些實施例中，流體可以經由入口孔（樣品入口孔112以及緩衝溶液入口孔128）進入微流體晶片100，且可以經由廢棄物出口孔142及/或取出孔160排出微流體晶片100。這樣，基於流體流動的方向，匯流室130的第一側132可以被視為上游側，而匯流室130的第二側134可以被視為下游側。
在一些實施例中，使用收集與取出流體樣品的設備10來收集和取出的流體樣品可以是全血液樣品。血液樣品可以被注入至樣品入口孔112，流經樣品通道110並進入匯流室130。在血液流體被注入至樣品通道110的期間，處理器PR可以控制緩衝溶液源BS，以提供緩衝溶液流體經由緩衝溶液入口孔128以及緩衝溶液調節孔126流入微流體晶片100中。因此，從緩衝溶液源BS流出的緩衝溶液流體可以流經第一緩衝溶液通道122以及第二緩衝溶液通道124並進入匯流室130。也就是說，緩衝溶液流體和樣品流體可以在匯流室130中混合。
在操作之前，血液樣品可以與已知試劑混合，以用於螢光免疫測定法（fluorescent immunoassays），且可以通過光學測定技術偵測樣品流體中的螢光染色標靶細胞（fluorescent dyed target cell）。舉例而言，線性光束可以以橫越樣品通道110的方式照射在微流體晶片100上。一旦螢光染色標靶細胞穿過線性光束，線性光束可以被吸收或轉換成另一個波長，如此可以讓檢測儀器或使用者確定目標樣品的存在。
在操作期間，處理器PR可以控制緩衝溶液源BS，使緩衝溶液流體以想要的流量通量（體積流率）流入微流體晶片100中。如果沒有偵測到目標細胞，緩衝溶液流體行進於第一緩衝溶液通道122的流量通量（flow flux）可以約110微升（microliter, μl）/每分鐘，且緩衝溶液流體行進於第二緩衝溶液通道124的流量通量可以約135微升/每分鐘，允許樣品流體可以從匯流室130被引導至廢棄物通道140。這樣，微流體晶片100可以經由廢棄物通道140一端的廢棄物出口孔142排出樣品流體。
如果於樣品流體中偵測到目標細胞，處理器PR可以控制並開啟第一開關SW1，以允許更多的緩衝溶液流體從緩衝溶液源BS進入第一緩衝溶液通道122。因此，可以增加流經第一緩衝溶液通道122的緩衝溶液流體的流量通量，以促使匯流室130內的樣品流體進入收集通道150中。舉例而言，在開啟第一開關SW1的情況下，於第一緩衝溶液通道122中的緩衝溶液流體的流量通量可以是600微升/每分鐘，而於第二緩衝溶液通道124中的緩衝溶液流體的流量通量可以是99微升/每分鐘。在操作流體導向通道組120進行流量調整的期間，處理器PR可以更進一步地控制第二開關SW2，以操作在收集通道150中的樣品收集。開啟第二開關SW2允許匯流室130內的流體更有效地進入收集通道150，且可以取出目標細胞並成為留在取出管RT中的小等份樣品。
可以藉由處理器PR的控制以同步或不同步地開啟第一開關SW1和第二開關SW2。在一實施例中，如果樣品流體中沒有偵測到目標細胞的話，處理器PR會同時不開啟第一開關SW1以及第二開關SW2。在另一實施例中，在流體樣品中確認存在有目標細胞時，處理器PR會同時開啟第一開關SW1以及第二開關SW2，或於不同時間點上開啟第一開關SW1與第二開關SW2。因此，開啟第一開關SW1的期間與開啟第二開關SW2的期間可以局部重疊或全部重疊。在一較佳的實施例中，第一開關SW1的開啟時間會比第二開關SW2的開啟時間晚。延遲開啟第一開關SW1的延遲時間可以取決於目標樣品的確切位置、從所述確切位置至匯流室130與收集通道150之間的接點的行進長度，以及樣品流體的流速。此外，可以藉由處理器PR控制開啟第一開關SW1的時間，使得樣品流體中不需要的部分進入收集通道150可以是有限的。舉例而言，每次操作開啟第一開關SW1與第二開關SW2可以持續1毫秒（millisecond）至5秒。
當操作結束時，可以將取出管RT中取出的目標細胞進一步收集至容器C1中。在一些實施例中，第二開關SW2可以從取出管RT中拆卸下來，從緩衝溶液源BS流出的緩衝溶液流體可以連續地供給至第一緩衝溶液通道122與第二緩衝溶液通道124，因此，取出的樣品流體可以從取出管RT被沖至容器C1中。在一些實施例中，容器C1可以是小樣品瓶或微量離心管（eppendorf），且在容器C1中收集的樣品可以直接被使用於更進一步的實驗或分析中。
圖2是依本發明另一實施例的收集與取出流體樣品的設備的示意圖。請參照圖2，收集與取出流體樣品的設備20包括微流體晶片200、第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3以及處理器PR。具體而言，第一開關SW1可以經由緩衝溶液調節管BAT連接至微流體晶片200，第二開關SW2可以經由控制管CT連接至微流體晶片200，以及第三開關SW3可以經由取出管RT連接至微流體晶片200。此外，收集與取出流體樣品的設備20可以更包括緩衝溶液源BS，以提供緩衝溶液流體經由一或多個對應的管流入微流體晶片200中。在本實施例中，第一開關SW1與第二開關SW2的功能與配置，以及微流體晶片200的部分通道配置可以類似於微流體晶片100及收集與取出流體樣品的設備10。
在本實施例中，微流體晶片200包括樣品通道110、包括第一緩衝溶液通道122以及第二緩衝溶液通道124的流體導向通道組120、匯流室130、廢棄物通道140、收集通道150以及取出通道270。樣品通道110、流體導向通道組120、匯流室130、廢棄物通道140、收集通道150之間的連接關係與通道配置可以類似於圖1所描述的內容，於此不再贅述。微流體晶片200可以，但不限於此，不同於微流體晶片100之處在於，更包括從收集通道150的接點JT分支出來的取出通道270，於取出通道270遠離收集通道150的遠端形成取出孔260，且控制孔252被配置於收集通道150遠離匯流室130的遠端。在本實施例中，於取出孔260插入取出管RT，以使取出通道270與附接有第三開關SW3的取出管RT之間流體流通。此外，於控制孔252插入附接有第二開關SW2的控制管CT。
在本實施例中，可以配置處理器PR以控制第一開關SW1、第二開關SW2以及緩衝溶液源BS。配置處理器PR還可以控制第三開關SW3以操作樣品取出，但本發明不以此為限。在一些替代實施例中，可以手動控制第三開關SW3。收集與取出流體樣品的設備20的操作可以部分與收集與取出流體樣品的設備10相同。舉例而言，樣品流體可以經由樣品入口孔112注入微流體晶片200，同時，從緩衝溶液源BS流出的緩衝溶液流體可以經由緩衝溶液入口孔128注入第一緩衝溶液通道122與第二緩衝溶液通道124。因此，在樣品通道110中行進的樣品流體、在第一緩衝溶液通道122行進的緩衝溶液流體，以及在第二緩衝溶液通道124行進的緩衝溶液流體可以於匯流室130匯聚，且樣品流體於匯流室130中的流向可以被從第一緩衝溶液通道122與第二緩衝溶液通道124而來的緩衝溶液流體所引導。
上述關於如何操作收集與取出流體樣品的設備10以確定目標樣品的存在的內容可以應用於本實施例，於此不再贅述。在沒有偵測到目標樣品的情況下，處理器PR可以控制緩衝溶液源BS，以提供緩衝溶液流體以理想的流量通量流至第一緩衝溶液通道122與第二緩衝溶液通道124，使得在匯流室130中的樣品流體的流向可以被引導進入廢棄物通道140。在樣品通道110中偵測到行進的樣品流體中的目標樣品時，處理器PR可以進一步開啟第一開關SW1，以調整第一緩衝溶液通道122中的緩衝溶液流體的流速。因此，在匯流室130中的樣品流體應會進入收集通道150。這樣，從匯流室130進入收集通道150的樣品流體為被分選過的包含目標樣品的樣品流體。
在開啟第一開關SW1的期間，處理器PR可以也開啟第二開關SW2。開啟第一開關SW1與第二開關SW2的順序和時間週期可以參考上述用於描述圖1中的實施例的操作。開啟第二開關SW2可以允許收集通道150中的流體朝控制管CT行進，使於匯流室130中經分選後的樣品流體可以更有效地進入收集通道150。
接著，可以在第一開關SW1與第二開關SW2關閉後，開啟第三開關SW3以操作樣品的取出，使得收集通道150中經分選後的樣品流體可以從收集通道150進入取出通道270，穿過取出通道270與取出管RT，並進一步地進入容器C1中。在一些實施例中，可以由處理器PR同時開啟或關閉第一開關SW1、第二開關SW2和第三開關SW3。在一些實施例中，第一開關SW1可以先被開啟，並在關閉第一開關後SW1後，再同時開啟第二開關SW2與第三開關SW3。在一些實施例中，同時開啟第一開關SW1與第二開關SW2，且第三開關SW3隨後也被開啟。在又一實施例中，先開啟第二開關SW2，且第三開關SW3與第一開關SW1隨後也被開啟。如本文所述，本領域技術人員應該知道如何根據目標樣品的特徵去選擇開關的開啟順序以及開啟的時間。在一特定的實施例中，每個開關的開啟時間可以持續1毫秒至5秒。
圖3繪示的微流體晶片300是於圖1所描述的微流體晶片100的另一實施例。請參照圖3，微流體晶片300可以包括第一分選通道系統310、連接通道320以及第二分選通道系統330。第一分選通道系統310包括第一樣品通道312、第一流體導向通道組314、第一廢棄物通道316以及第一收集通道318，其中第一流體導向通道組314可以包括位於第一樣品通道312的相對兩側的第一緩衝溶液通道314A與第二緩衝溶液通道314B。第一分選通道系統310可以更包括第一匯流室310A。此外，於第一緩衝溶液通道314A上可以進一步形成緩衝溶液調節孔BAH1，而於第一收集通道318遠離第一匯流室310A的遠端可以形成取出孔340。於緩衝溶液調節孔BAH1插入緩衝溶液調節管BAT1，並於取出孔340插入取出管RT。第一開關SW1與第二開關SW2分別附接於緩衝溶液調節管BAT1與取出管RT上。第一分選通道系統310的連接關係與操作機制類似於如圖1所述的微流體晶片100，於此不再贅述。
第二分選通道系統330包括第二樣品通道332、第二流體導向通道組334、第二廢棄物通道336以及第二收集通道338，其中第二流體導向通道組334可以包括位於第二樣品通道332的相對兩側的第一緩衝溶液通道334A與第二緩衝溶液通道334B。此外，連接通道320連接第二收集通道338與第一樣品通道312並建立流體流通。
類似地，第二分選系統330可以更包括第二匯流室330A。第二樣品通道332、第一緩衝溶液通道334A與第二緩衝溶液通道334B可以匯聚至第二匯流室330A的第一側，且第二廢棄物通道336與第二收集通道338可以於第二匯流室330A的第二側分出，而第一側與第二側為第二匯流室330A中相對的兩側。此外，第一緩衝溶液通道334A包括緩衝溶液調節孔BAH2，而另一緩衝溶液調節管BAT2被插入緩衝溶液調節孔BAH2中，而另一個開關，例如第四開關SW4附接於緩衝溶液調節管BAT2上。
在一些實施例中，樣品流體經由第二樣品通道332遠離第二匯流室330A遠端的樣品入口孔332A注入微流體晶片300中。伴隨著樣品流體的注入，緩衝溶液源（未繪示）可以也提供緩衝溶液流體至第一緩衝溶液通道334A與第二緩衝溶液通道334B。這樣，經由第二樣品通道332行進的樣品流體及經由第一緩衝溶液通道334A與第二緩衝溶液通道334B行進的緩衝溶液流體可以匯聚至第二匯流室330A中。樣品流體會取決於緩衝溶液流體在第一緩衝溶液通道334A與第二緩衝溶液通道334B中的流動條件差異而被引導至第二收集通道338或第二廢棄物通道336。
如本實施例所述，微流體晶片300更包括另一分選通道系統，即第二分選通道系統330。由於樣品流體中的目標細胞預先被收集且富集第二分選通道系統330，所以與微流體晶片100相比，第一分選通道系統310中的目標細胞/目標樣品的取出純度將顯著地增加。偵測行進在微流體晶片裡的樣品流體中的目標樣品的方法在本領域中是已知的。在偵測到目標樣品時，處理器（未繪示）可以開啟第四開關SW4以增加行進在第一緩衝溶液通道334A中的緩衝溶液流體的流量通量。在第一緩衝溶液通道334A中的緩衝溶液流體的流量通量增加下，可以引導包含目標樣品的樣品流體的流向，使其進入第二收集通道338。包含目標樣品的分選樣品流體可以更進一步行進經過連接通道320並進入第一分選通道系統310的第一樣品通道312。
圖4繪示的微流體晶片400是圖2所描述的微流體晶片200的另一實施例。請參照圖4，微流體晶片400類似於微流體晶片300，並且在兩實施例中，相同的標號可以表示相同或相似的元件。具體而言，微流體晶片400更包括從第一收集通道318分支出來的取出通道450。形成於第一收集通道318的遠端的孔作為控制孔460，而形成於取出通道450的遠端的孔作為取出孔440。取出通道450中連接至第一收集通道318的接點位於第一匯流室310A與控制孔460之間。此外，第一分選通道系統310、取出通道450、控制孔460以及取出孔440的功能及操作可以參照圖2實施例中的描述。
在圖3及圖4的實施例中，連接在第一分選通道系統310與第二分選通道系統330之間的連接通道320可以設計成用以產生單個細胞懸浮液。通過增加細胞之間的距離，目標細胞可以進一步與非目標細胞分離，因此，對於從連接通道320進入第一分選通道系統310的樣品流體中判斷目標樣品的存在可以擁有更高的準確性。根據本發明，連接通道320可以設計成具有多個沿著連接通道320的延伸方向串聯連接的縱向顆粒分離部。每一縱向顆粒分離部包括至少一彎曲部和至少一捷徑部，其中彎曲部和捷徑部在每一縱向顆粒分離部的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，且彎曲部的路徑長度大於捷徑部的路徑長度。圖5A至圖5D是具有縱向顆粒分離部的連接通道的一些示例性實施例，但本發明不以此為限。
圖5A是依本發明一實施例的連接通道的示意圖。在圖5A中，連接通道320A包括多個沿著連接通道320A的延伸方向E320A串聯連接的縱向顆粒分離部322A。每一縱向顆粒分離部322A包括兩個彎曲部3222A以及位於兩個彎曲部3222A之間的捷徑部3224A。彎曲部3222A和捷徑部3224A在各縱向顆粒分離部322A的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，其中兩個接點未在圖5A中具體標示，但對應於圖中虛線的位置。舉例而言，每一彎曲部3222A與捷徑部3224A的兩個末端一致地連接在一起以形成兩個接點，且彎曲部3222A與捷徑部3224A於縱向上平行配置。這樣，縱向顆粒分離部322A可以限定出三個流動路徑P1、P2及P3，三個流動路徑P1、P2及P3是各別的流動路徑，且只在兩個接點處彼此流體流通。如圖5A所示，藉由一個彎曲部3222A定義流動路徑P1，藉由一個捷徑部3224A定義流動路徑P2，且藉由另一彎曲部3222A定義流動路徑P3。在本實施例中，每一彎曲部3222A是弧形部，而捷徑部3224A是直線部。因此，每一彎曲部3222A的路徑長度，例如流動路徑P1或P3的路徑長度，大於捷徑部3224A的路徑長度，例如流動路徑P2的長度。沿著流動路徑P1、P2和P3行進的樣品流體可以以多種速度移動，以便將樣品流體中的顆粒彼此分離開來。
圖5B是依本發明另一實施例的連接通道的示意圖。在圖5B中，連接通道320B可以包括多個沿著連接通道320B的延伸方向E320B串聯連接的縱向顆粒分離部322B。彎曲部3222B和捷徑部3224B在單一縱向顆粒分離部322B的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，其中兩個接點未在圖5B中具體標示，但對應於圖中虛線的位置。在一實施例中，每一縱向顆粒分離部322B包括彎曲部3222B以及在彎曲部3222B旁的捷徑部3224B。具體而言，彎曲部3222B可以具有弧形形狀，而捷徑部3224B可以具有直線形狀，使得彎曲部3222B的路徑長度大於捷徑部3224B的路徑長度。此外，兩個相鄰的縱向顆粒分離部322B中的彎曲部3222B和捷徑部32224B的配置關係可以不同。舉例而言，其中一個縱向顆粒分離部322B1的捷徑部3224B可以在連接通道320B的延伸方向E320B上連接至下一縱向顆粒分離部322B2的彎曲部3222B。這樣，在各縱向顆粒分離部322B的彎曲部3222B中行進的樣品流體會進入下一縱向顆粒分離部322B的捷徑部3224B，反之亦然。此外，在各縱向顆粒分離部322B的彎曲部3222B中行進的部分樣品流體可以傾斜地移動進入下一縱向顆粒分離部322B的彎曲部3222B，而進一步延伸了顆粒行進的路徑。因此，在縱向顆粒分離部322B行進的樣品流體中的顆粒可以以各種速度移動，進一步彼此分離開來。
圖5C是依本發明又另一實施例的連接通道的示意圖。在圖5C中，連接通道320C可以包括第一分支320C1以及第二分支320C2。第一分支320C1以及第二分支320C2是並聯連接。換句話說，在連接通道320C的一端，第一分支320C1和第二分支320C2連接在一起，且在連接通道320C的另一端，第一分支320C1和第二分支320C2也連接在一起，而在連接通道320C的相對兩端之間，第一分支320C1和第二分支320C2獨立地限定出相對應的流動通道。第一分支320C1可以具有與第二分支320C2相似或鏡像的通道配置。具體而言，每一第一分支320C1和第二分支320C2可以具有與圖5B中所示的連接通道320B實質上相同的通道設計。也就是說，每一第一分支320C1和第二分支320C2包括多個縱向顆粒分離部322B，且關於縱向顆粒分離部322B的配置細節可以參照上述內容，於此不再贅述。藉由在每一第一分支320C1和第二分支320C2中配置縱向顆粒分離部322B，可以延長樣品流體中的顆粒行進通過連接通道320C之間的距離。
圖5D是依本發明再另一實施例的連接通道的示意圖。如圖5D所示的連接通道320D可以包括多個沿著連接通道320D的延伸方向E320D串聯連接的縱向顆粒分離部322D。具體而言，多個障礙物OB可以設置於每一縱向顆粒分離部322D中，使得縱向顆粒分離部322D可以包括多個彎曲部3222D1、3222D2、3222D3以及捷徑部3224D。彎曲部3222D1至3222D3與捷徑部3224D在個縱向顆粒分離部322D中相對兩端的兩接點之間並聯連接，其中兩個接點未在圖5D中具體標示，但對應於圖中虛線的位置。在本實施例中，捷徑部3224D的路徑長度小於彎曲部3222D1的路徑長度，彎曲部3222D1的路徑長度小於彎曲部3222D2的路徑長度，彎曲部3222D2的路徑長度小於彎曲部3222D3的路徑長度。在具有縱向顆粒分離部322D的連接通道320D中行進一段時間後，與行進連接通道320D之前相比，樣品流體中的顆粒可以被分開更長的距離。
綜上所述，根據一些實施例的收集與取出流體樣品的設備可以被使用於從微流體晶片中取出樣品流體中的經分選的樣品。因此，經分選的樣品可以被用於在外部裝置或設備上進行處理、測試或其他操作。根據一些實施例的收集與取出流體樣品的設備可以經由專門的取出通道從微流體晶片中取出樣品流體中的經分選的樣品，避免待取出的樣品流體所阻塞或汙染。此外，根據一些實施例，微流體晶片包括兩個分選通道系統，其允許樣品流體在晶片中被分選兩次，以提高目標樣品分選的準確性。在一些另外的實施例中，連接在兩個分選通道系統之間的連接通道可以進一步幫助延長穿過其中的樣品流體中的顆粒之間的距離，從而可以進一步提高判斷目標樣品的存在的準確性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20‧‧‧收集與取出流體樣品的設備100、200、300、400‧‧‧微流體晶片110、312、332‧‧‧樣品通道112、332A‧‧‧樣品入口孔120、314、334‧‧‧流體導向通道組122、314A、334A、124、314B、334B‧‧‧緩衝溶液通道126、BAH1、BAH2‧‧‧緩衝溶液調節孔128‧‧‧緩衝溶液入口孔130、310A、330A‧‧‧匯流室132‧‧‧第一側134‧‧‧第二側140、316、336‧‧‧廢棄物通道142‧‧‧廢棄物出口孔150、318、338‧‧‧收集通道160、260、340、440‧‧‧取出孔252、460‧‧‧控制孔270、450‧‧‧取出通道310‧‧‧第一分選通道系統320、320A、320B、320C、320D‧‧‧連接通道320C1、320C2‧‧‧分支330‧‧‧第二分選通道系統322A、322B、322B1、322B2、322D‧‧‧縱向顆粒分離部3222A、3222B、3222D1、3222D2、3222D3‧‧‧彎曲部3224A、3224B、3224D‧‧‧捷徑部BS‧‧‧緩衝溶液源BAT、BAT1、BAT2‧‧‧緩衝溶液調節管C1‧‧‧容器CT‧‧‧控制管E320A、E320B、E320D‧‧‧延伸方向FS‧‧‧過濾部JT‧‧‧接點OB‧‧‧障礙物PR‧‧‧處理器P1、P2、P3‧‧‧流動路徑RT‧‧‧取出管SW1、SW2、SW3、SW4‧‧‧開關
圖1是依本發明一實施例的收集與取出流體樣品的設備的示意圖。 圖2是依本發明另一實施例的收集與取出流體樣品的設備的示意圖。 圖3是依本發明一實施例的微流體晶片的示意圖。 圖4是依本發明另一實施例的微流體晶片的示意圖。 圖5A-5D是依本發明數個實施例的相對應連接通道的示意圖。
10‧‧‧收集與取出流體樣品的設備
100‧‧‧微流體晶片
110‧‧‧樣品通道
112‧‧‧樣品入口孔
120‧‧‧流體導向通道組
122、124‧‧‧緩衝溶液通道
126‧‧‧緩衝溶液調節孔
128‧‧‧緩衝溶液入口孔
130‧‧‧匯流室
132‧‧‧第一側
134‧‧‧第二側
140‧‧‧廢棄物通道
142‧‧‧廢棄物出口孔
150‧‧‧收集通道
160‧‧‧取出孔
BS‧‧‧緩衝溶液源
BAT‧‧‧緩衝溶液調節管
C1‧‧‧容器
FS‧‧‧過濾部
PR‧‧‧處理器
RT‧‧‧取出管
SW1、SW2‧‧‧開關

Claims (17)

  1. 一種收集與取出流體樣品的設備，包括： 微流體晶片，包括： 第一樣品通道； 第一流體導向通道組； 第一匯流室，其中所述第一樣品通道與所述第一流體導向通道組匯聚至所述第一匯流室的第一側； 第一收集通道； 第一廢棄物通道，所述第一收集通道與所述第一廢棄物通道從所述第一匯流室的第二側分出，其中所述第一側與所述第二側為相對側；以及 取出孔，穿過所述微流體晶片的外表面，其中所述第一收集通道於所述取出孔與所述第一匯流室之間形成流體流通； 取出管，連接至所述取出孔； 第一開關，連接至所述微流體晶片配置以操作所述第一流體導向通道組的流量調整； 第二開關，附接於所述取出管上；以及 處理器，配置以開啟所述第一開關以操作所述第一流體導向通道組的所述流量調整，以及在操作所述第一流體導向通道組的所述流量調整的期間，開啟所述第二開關，以操作在所述第一收集通道中的樣品收集。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中 所述第一流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過所述微流體晶片的所述外表面且與所述第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔， 所述第一樣品通道、所述第一緩衝溶液通道以及所述第二緩衝溶液通道匯聚至所述第一匯流室的所述第一側，以及 所述第一樣品通道連接至所述第一匯流室的接點，位於所述第一緩衝溶液通道連接至所述第一匯流室的接點與所述第二緩衝溶液通道連接至所述第一匯流室的接點之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的收集與取出流體樣品的設備，更包括連接至所述緩衝溶液調節孔的緩衝溶液調節管，且所述第一開關附接在所述緩衝溶液調節管上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中所述微流體晶片更包括： 第二樣品通道； 第二流體導向通道組； 第二匯流室，其中所述第二樣品通道與所述第二流體導向通道組匯聚至所述第二匯流室的第一側； 第二收集通道； 第二廢棄物通道，所述第二收集通道與所述第二廢棄物通道從所述第二匯流室的第二側分出，其中所述第二匯流室的所述第二側相對於所述第二匯流室的所述第一側；以及 連接通道，於所述第一樣品通道與所述第二收集通道之間形成流體流通。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中 所述第二流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過所述微流體晶片的所述外表面且與所述第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔， 所述第二樣品通道、所述第一緩衝溶液通道以及所述第二緩衝溶液通道匯聚至所述第二匯流室的所述第一側，以及 所述第二樣品通道連接至所述第二匯流室的接點位於所述第一緩衝溶液通道連接至所述第二匯流室的接點與所述第二緩衝溶液通道連接至所述第二匯流室的接點之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的收集與取出流體樣品的設備，更包括連接至所述緩衝溶液調節孔的緩衝溶液調節管，以及附接於所述緩衝溶液調節管的第四開關。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中所述處理器被配置以進一步開啟所述第四開關，且所述第四開關的開啟與所述第一開關及所述第二開關的開啟各自獨立。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中所述連接通道包括沿著所述連接通道的延伸方向串聯連接的多個縱向顆粒分離部，每一所述縱向顆粒分離部包括至少一彎曲部以及至少一捷徑部，其中所述彎曲部與所述捷徑部在每一所述縱向顆粒分離部的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，且所述彎曲部的路徑長度大於所述捷徑部的路徑長度。
  9. 一種收集與取出流體樣品的設備，包括： 微流體晶片，包括： 第一樣品通道； 第一流體導向通道組； 第一匯流室，其中所述第一樣品通道與所述第一流體導向通道組匯聚至所述第一匯流室的第一側； 第一收集通道； 第一廢棄物通道，所述第一收集通道與所述第一廢棄物通道從所述第一匯流室的第二側分出，其中所述第一側與所述第二側為相對側； 控制孔，穿過所述微流體晶片的外表面，其中所述第一收集通道於所述控制孔與所述第一匯流室之間形成流體流通； 取出通道，從所述第一收集通道於所述控制孔與所述第一匯流室之間的接點分支出來；以及 取出孔，穿過所述微流體晶片的所述外表面，其中所述取出通道於所述取出孔與所述第一收集通道之間形成流體流通； 取出管，連接至所述取出孔； 控制管，連接至所述控制孔； 第一開關，連接至所述微流體晶片，配置以操作所述第一流體導向通道組的流量調整； 第二開關，附接於所述控制管上； 第三開關，附接於所述取出管上；以及 處理器，配置以開啟所述第一開關以操作所述第一流體導向通道組的流量調整；在操作所述第一流體導向通道組的所述流量調整的期間，開啟所述第二開關，以操作在所述第一收集通道中的樣品收集；且於所述第一收集通道中操作樣品收集後，開啟所述第三開關以操作樣品取出。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中 所述第一流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過所述微流體晶片的所述外表面且與所述第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔， 所述第一樣品通道、所述第一緩衝溶液通道以及所述第二緩衝溶液通道匯聚至所述第一匯流室的所述第一側，以及 所述第一樣品通道連接至所述第一匯流室的接點，位於所述第一緩衝溶液通道連接至所述第一匯流室的接點與所述第二緩衝溶液通道連接至所述第一匯流室的接點之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的收集與取出流體樣品的設備，更包括連接至所述緩衝溶液調節孔的緩衝溶液調節管，且所述緩衝溶液調節管上附有所述第一開關。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中所述微流體晶片更包括： 第二樣品通道； 第二流體導向通道組； 第二匯流室，其中所述第二樣品通道與所述第二流體導向通道組匯聚至所述第二匯流室的第一側； 第二收集通道； 第二廢棄物通道，所述第二收集通道與所述第二廢棄物通道從所述第二匯流室的第二側分出，其中所述第二匯流室的所述第一側相對於所述第二匯流室的所述第二側；以及 連接通道，於所述第一樣品通道與所述第二收集通道之間形成流體流通。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中 所述第二流體導向通道組包括第一緩衝溶液通道、第二緩衝溶液通道以及穿過所述微流體晶片的所述外表面且與所述第一緩衝溶液通道流體流通的緩衝溶液調節孔， 所述第二樣品通道、所述第一緩衝溶液通道以及所述第二緩衝溶液通道匯聚至所述第二匯流室的所述第一側，以及 所述第二樣品通道連接至所述第二匯流室的接點，位於所述第一緩衝溶液通道連接至所述第二匯流室的接點與所述第二緩衝溶液通道連接至所述第二匯流室的接點之間，以及其中 所述收集與取出流體樣品的設備更包括： 緩衝溶液調節管，連接至所述緩衝溶液調節孔；以及 第四開關，附接於所述緩衝溶液調節管，其中所述處理器被配置以更進一步地開啟所述第四開關，且所述第四開關的開啟與所述第一開關、所述第二開關及所述第三開關的開啟各自獨立。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的收集與取出流體樣品的設備，其中所述連接通道包括沿著所述連接通道的延伸方向串聯連接的多個縱向顆粒分離部，每一所述縱向顆粒分離部包括至少一彎曲部以及至少一捷徑部，其中所述彎曲部與所述捷徑部在每一所述縱向顆粒分離部的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，且所述彎曲部的路徑長度大於所述捷徑部的路徑長度。
  15. 一種微流體晶片，包括： 第一分選通道系統以及第二分選通道系統，其中每一所述第一分選通道系統與所述第二分選通道系統包括： 樣品通道； 第一緩衝溶液通道； 第二緩衝溶液通道； 緩衝溶液調節孔，穿過所述微流體晶片的外表面且與所述第一緩衝溶液通道流體流通； 匯流室，其中所述樣品通道、所述第一緩衝溶液通道與所述第二緩衝溶液通道匯聚至所述匯流室的第一側； 收集通道；以及 廢棄物通道，所述收集通道與所述廢棄物通道從所述匯流室的第二側分出，其中所述第一側與所述第二側為相對側； 取出孔，穿過所述微流體晶片的所述外表面，所述第一分選通道系統的至少一部份的所述收集通道於所述取出孔與所述第一分選通道系統的所述匯流室之間形成流體流通；以及 連接通道，於所述第一分選通道系統的所述樣品通道與所述第二分選通道系統的所述收集通道之間形成流體流通。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的微流體晶片，更包括控制孔以及取出通道，其中所述控制孔穿過所述微流體晶片的所述外表面，所述第一分選通道系統的所述收集通道於所述第一分選通道系統的所述匯流室與所述控制孔之間形成流體流通，所述取出通道從所述第一分選通道系統的所述收集通道分支出來，位於所述第一分選通道系統的所述匯流室與所述控制孔之間，且所述取出通道於所述第一分選通道系統的所述收集通道與所述取出孔之間形成流體流通。
  17. 如申請專利範圍第15項或16項所述的微流體晶片，其中所述連接通道包括沿著所述連接通道的延伸方向串聯連接的多個縱向顆粒分離部，每一所述縱向顆粒分離部包括至少一彎曲部以及至少一捷徑部，其中所述彎曲部與所述捷徑部在每一所述縱向顆粒分離部的相對兩端的兩個接點之間並聯連接，且所述彎曲部的路徑長度大於所述捷徑部的路徑長度。
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