TW202014699A

TW202014699A - 生化檢驗方法及裝置

Info

Publication number: TW202014699A
Application number: TW107135117A
Authority: TW
Inventors: 蔡群賢; 施純偉; 許景棟; 李庭鵑; 蔡群榮
Original assignee: 台灣奈米碳素股份有限公司
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-04-16
Also published as: TWI703322B

Abstract

本發明提供一種生化檢測方法，包括(1)提供包括有微流道入口、第一感測區域、以及第二感測區域的生化檢驗分析裝置(2)使含有待測標的樣本自微流道入口進入生化檢驗分析裝置，經由第一感測區域及第二感測區域分別獲得第一感測值以及第二感測值，其中，上述樣本在第二感測區域時，待測標的的含量為0；以及(3)計算第一感測值與第二感測值的差異以獲得待測標的的濃度，據此，可不需要預先對於樣本進行處理，而是藉由兩次檢測數據的對比來排除干擾物對於量測結果的影響。

Description

生化檢驗方法及裝置

本發明為有關一種生化檢驗方法，尤指一種不需預先對於樣本進行處理即可進行檢測或分析的血液檢驗方法，並提供一種生化檢驗裝置。

生化檢測方法演進至今，已從傳統充滿大型儀器的實驗室朝向實驗室晶片的目標發展。所謂的實驗室晶片指的是能整合多種化學、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。

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。

但在檢測的過程中，檢測結果常受到血液中包括非待測標的蛋白質在內的種種干擾物干擾，產生精確度不佳的問題。目前臨床的解決方式包括將血液稀釋過濾以減少干擾物的濃度、或利用沖洗步驟進一步移除未與實驗室晶片上的生物受體結合的干擾物質等方法，但移除干擾物的成效有限，且將不可避免地增加生化檢測的步驟及複雜度。況且，目前大眾對於實驗室晶片的尺寸，普遍的期待是微小、輕便、可攜帶，但要在如此微小的實驗室晶片中移除上述干擾物，難度非常的高。

基於上述理由，針對該類晶片及更為簡便的檢測方法的持續研發仍有其必要。

本發明的目的之一，在於解決習知生化檢測方法中必須先對含有待測標的樣本進行處理，再除去雜質方能續行後續量測，造成使用上不便的缺點。

為了達到上述目的，本發明提供一種生化檢測方法，包括：(a)提供一生化檢驗分析裝置，該裝置包括一微流道入口、一連通該微流道入口的第一感測區域、以及一連通該第一感測區域的第二感測區域，該第一感測區域及該第二感測區域各自包括複數個第一生物受體；(b)使一含有一待測標的樣本自該微流道入口進入該生化檢驗分析裝置，該含有該待測標的樣本經由該第一感測區域及該第二感測區域分別獲得一第一感測值以及一不同於該第一感測值的第二感測值，其中，該含有該待測標的樣本在該第二感測區域時，該待測標的的含量為0；以及(c)計算該第一感測值與該第二感測值的差異以獲得該待測標的的濃度(或含量)。

本發明的又一目的，在於提供一種便於攜帶的生化檢驗裝置。該生化檢驗裝置具有一微流道結構且包括：一微流道入口；一連通該微流道入口的第一感測區域，該第一感測區域包括複數個用以獲得第一感測值的第一生物受體；以及一連通該第一感測區域的第二感測區域，該第二感測區域包括複數個用以獲得該第二感測值的第一生物受體；其中，一含有一待測標的樣本在該第二區域時該待測標的的含量為0，且該第一感測值與該第二感測值不同。

是以，相較於習知技術中，為了避免檢測時樣本中非待測標的對於檢測結果造成影響，會預先對於樣本進行處理，以提高檢測的準確性，但上述預處理的步驟不僅費時費力，也增加樣本受到污染的風險，況且在實際經驗中發現目前已知的預處理方法對於非待測標的排除效果十分有限。相反的，本發明提供的生化檢測方法藉由在單一檢測裝置或晶片上獲得的兩次檢測數據進行對比來排除干擾物對於量測結果的影響，故在進行檢測前不需要進行過程繁複的預處理步驟即可獲得高準確性的檢測結果。基於上述檢驗方法所提供的生化檢驗裝置可對於同一次注入的樣本進行至少兩次檢測，故可實現在簡便的、可隨身攜帶的微小裝置中進行精確的生化檢測的目的。

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：

本發明的生化檢驗裝置以一基板作為基礎，於該基板上方形成有一微流道結構。該基板與該微流道的材質可彼此相同或不同，且該基板與該微流道結構可為分開形成之元件，也可為一體成形之單一元件，本發明對此並無限制。舉例來說，本實施例中，該基板的材質為聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)，而該微流道結構的材質為聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)。

『圖1』為本發明的生化檢驗裝置的示意圖，該生化檢驗裝置的特徵主要包括一微流道入口10、一第一感測區域20、以及一第二感測區域30，其中，該微流道入口10、該第一感測區域20以及該第二感測區域30彼此之間可液體連通。

該第一感測區域20包括一電極基板，並於該電極基板上形成有複數個第一生物受體，故當一含有一待測標的樣本流過該第一感測區域20時即可獲得一第一感測值。

本發明並未對該電極基板的種類、該些第一生物受體及形成該些第一生物受體的方法有所限制，本領域人士可依照需求來挑選適當的電極基板及第一生物受體，並依據所挑選的電極基板及第一生物受體選用適當的方法將兩者結合。以本實施例為例，首先，在一矽基板上鍍上一約30 nm的SiO₂ 絕緣層；接下來在該SiO₂ 絕緣層上鍍上三電極(Ti/Au)；最後在其中一個電極上方鍍Ag/AgCl作為一參考電極，剩下兩個電極不處理使其表面為金，作為一工作電極與一對電極使用，獲得該電極基板。

至於形成該些第一生物受體的方法，本實施例係將上述製得之該電極基板以矽膠進行包埋並露出該工作電極後，浸入1 mM 3-硫醇丙酸(3-mercaptopropionic acid)水溶液並放置在搖擺機以轉速50 rpm的速度放置12小時。隨後，利用純水潤洗並以氮氣吹乾，將0.25M N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)水溶液、0.5M (1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸)(EDC)水溶液以1：1的比例混合為溶液後，點在該電極基板的該工作電極使得上述混合溶液完全覆蓋該工作電極，並於室溫下靜置15分鐘。

接下來，將上述電極基板以純水潤洗並以氮氣吹乾，將含有約4 mg肌鈣蛋白單株抗體(Troponin I mAb)的PBS溶液點在該工作電極使得上述含有約4 mg肌鈣蛋白單株抗體(Troponin I mAb)的磷酸鹽緩衝生理鹽水(PBS)溶液完全覆蓋該工作電極，並於室溫下靜置15分鐘。

將上述電極基板再次以純水潤洗並以氮氣吹乾，將5 mL的1M 乙醇胺(ethanolamine)水溶液點在該工作電極使得上述水溶液完全覆蓋該工作電極，並於室溫下靜置15分鐘。最後，同樣再以純水潤洗並以氮氣吹乾後，即完成該些第一生物受體與該電極基板的接合工作。

上述實施例係以肌鈣蛋白單株抗體(Troponin I mAb)作為第一生物受體，然而，也可選用其他適當的生物受體。除此之外，在其他實施例中亦可視需求增加複數個與該第一生物受體相異的第二生物受體、或者第三生物受體，本發明對此並無特別限制。

該第二感測區域30中同樣也包括一電極基板，並於該電極基板上形成複數個第一生物受體。在該第二感測區域30中的該電極基板與該些第一生物受體的種類及結合方式可與前述該第一感測區域20相同，在此不另外贅述。該第二感測區域30與該第一感測區域20不同的地方，在於當該含有該待測標的樣本流過該第二感測區域30時，該待測標的的含量為0，因此將獲得一不同於該第一感測值的第二感測值。

除了『圖1』的生化檢驗裝置外，於其他實施例中，亦可如『圖2』、『圖3』的生化檢驗裝置般，在該第一感測區域20與該第二感測區域30之間進一步設置一包括有複數個第一生物受體的結合區域40。如此，當該含有該待測標的樣本在經過該微流道入口10進入該生化檢驗分析裝置之後，該待測標的將分別與該第一感測區域20、該第二感測區域30、以及該結合區域40中的該些第一生物受體結合，使該待測標的的含量多寡具有「該第一感測區域20＞該結合區域40＞該第二感測區域30」，且該第二感測區域30的該待測標的的含量為0的關係。

該結合區域40中可如前述第一感測區域20及該第二感測區域30一般，包括一電極基板並於該電極基板上形成複數個第一生物受體。但因為該結合區域40的主要目的為抓取該待測標的而已，可不需進行抓取量的測定，因此，該結合區域40也可以為一非電極基板及複數個形成在該非電極基板上的第一生物受體的組合。

此外，本發明一實施例中，該樣本可為血液，特別可為一未經處理之全血。當樣本為血液、甚至全血時，在『圖1』、『圖2』及『圖3』的生化檢驗裝置中，該微流道入口10處可更包括一過濾膜(圖未示)，藉此過濾掉血液中的血球，而僅允許血清進入該生化檢驗裝置。

本發明的生化檢驗裝置可用於一雙極式電化學阻抗頻譜(EIS)分析，此時，所測得的該第一感測值以及該第二感測值均為阻抗值。

為使本發明更為本領域人士理解，以下將以常用在冠心症篩檢的Ctnl做為該待測標的，利用本發明的該生化檢驗分析裝置對患者血液進行篩檢。

第一實施例中，可使用如『圖3』的生化檢驗裝置，將患者的全血或血清樣本由該微流道入口10滴入後，該樣本將會依序進入該第一感測區域20、該結合區域40、以及該第二感測區域30，於一態樣中，該微流道入口10可進一步包括一過濾膜，因此當患者的全血樣本由該微流道入口10滴入後，僅有血清可透過該過濾膜。當該樣本流入該第一感測區域20時量測到一EIS數據(即，該第一感測值)。隨後，該樣本流入該結合區域40，使得該樣本中的Ctnl進一步與設置在該結合區域40中的該第一生物受體結合；最後流入該第二感測區域30的該樣本中，Ctnl的含量為0，並量測另一EIS數據(即，該第二感測值)。利用該第一感測值與該第二感測值的差異即可計算出血液中Ctnl的含量。

第二實施例中，同樣的樣本可使用如『圖1』的生化檢驗裝置，該微流道入口10可選擇性地包括一過濾膜，使患者的全血樣本由該微流道入口10滴入後，僅有血清可透過該過濾膜。患者的全血或血清樣本進入該生化檢驗裝置後，該樣本將先進入該第一感測區域20並量測到一EIS數據(即，該第一感測值)，在此同時，該樣本中部分的Ctnl與設置在該第一感測區域20的該第一生物受體結合。之後，不含有Ctnl的該樣本續流至該第二感測區域30並量測另一EIS數據(即，該第二感測值)。同樣利用該第一感測值與該第二感測值的差異即可計算出血液中Ctnl的含量。

第三實施例中，可使用如『圖2』的生化檢驗裝置，本實施例中，該微流道入口10更包括一過濾膜，故將患者的全血樣本由該微流道入口10滴入後，經該過濾膜過濾後，血清將分別進入該第一感測區域20以及該結合區域40。此時，血清流入該第一感測區域20並量測到一EIS數據(即，該第一感測值)；進入該結合區域40的血清，其中的Ctnl將先與設置在該結合區域40中的該第一生物受體結合後，不含有Ctnl的該樣本流入該第二感測區域30並量測另一EIS數據(即，該第二感測值)。利用該第一感測值與該第二感測值的差異即可計算出血液中Ctnl的含量。

測試例

接下來，以上述的第1實施例的生化檢驗裝置對於第一樣本、第二樣本、以及第三樣本的血液中的Ctnl的含量進行測試，測得的數值請參考下表1，實驗結果請參考『圖4』。

表1

『圖4』係分別將一第一樣本、一第二樣本、以及一第三樣本的血液進行測試，其中分別具有7.8 ppb、0.976 ppb、以及0.122 ppb的待測標的Ctnl含量。在含有生物受體的該第一感測區域20及不含有生物受體的該第二感測區域30量測到的阻抗值相減，獲得ΔR，將上述樣本的濃度與ΔR作圖，即可獲得一線性曲線，顯示ΔR與濃度呈正比，即從任一ΔR值，則可得知其濃度。

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。

10:微流道入口20:第一感測區30:第二感測區40:結合區域

『圖1』，為本發明第一實施例的示意圖。『圖2』，為本發明第二實施例的示意圖。『圖3』，為本發明第三實施例的示意圖。『圖4』，為綜合表1的第一樣本、第二樣本以及第三樣本所計算出的Ctnl的含量。

10:微流道入口

20:第一感測區

30:第二感測區

Claims

一種生化檢測方法，包括：提供一生化檢驗分析裝置，該裝置包括一微流道入口、一連通該微流道入口的第一感測區域、以及一連通該第一感測區域的第二感測區域，該第一感測區域及該第二感測區域各自包括複數個第一生物受體；使一含有一待測標的樣本自該微流道入口進入該生化檢驗分析裝置，該含有該待測標的樣本經由該第一感測區域及該第二感測區域分別獲得一第一感測值以及一不同於該第一感測值的第二感測值，其中，該含有該待測標的樣本在該第二感測區域時，該待測標的的含量為0；計算該第一感測值與該第二感測值的差異以獲得該待測標的的濃度。
如申請專利範圍第1項所述之生化檢驗方法，其中，在該第一感測區域與該第二感測區域之間更包括一具有複數個第一生物受體的結合區域，使該待測標的於該生化檢驗分析裝置的含量具有以下關係：該第一感測區域的該待測標的的含量＞該結合區域的該待測標的的含量＞該第二感測區域的該待測標的的含量。
如申請專利範圍第1項所述之生化檢驗方法，其中，該樣本為一未經處理之全血。
一種生化檢驗裝置，該生化檢驗裝置具有一微流道結構且包括：一微流道入口；一連通該微流道入口的第一感測區域，該第一感測區域包括複數個用以獲得一第一感測值的第一生物受體；以及一連通該第一感測區域的第二感測區域，該第二感測區域包括複數個用以獲得一第二感測值的第一生物受體；其中，一含有一待測標的樣本在該第二區域時該待測標的的含量為0，且該第一感測值與該第二感測值不同。
如申請專利範圍第4項所述之生化檢驗裝置，其中，該微流道入口更包括一過濾膜。
如申請專利範圍第4項所述之生化檢驗裝置，其中，該第一感測區域與該第二感測區域之間更設有一包括複數個第一生物受體的結合區域，且該結合區域分別連通該第一感測區域與該第二感測區域。
如申請專利範圍第4項所述之生化檢驗裝置，其中，該生化檢驗裝置係用於一雙極式電化學阻抗頻譜(EIS)分析。