TW202100979A - 可攜式生物檢測設備與生物檢測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可攜式生物檢測設備與生物檢測方法。在上述之生物檢測方法中，首先提供可攜式檢測設備本體，其包含光感測模組、自動對焦控制模組、激發光源模組以及濾光片切換轉輪。然後，根據預設放大倍率來選擇顯微物鏡模組。接著，根據實驗容器和預設放大倍率來選擇檢測探頭。然後，將檢測探頭、顯微物鏡模組以及檢測設備本體組合，以獲得前述之可攜式生物檢測設備。接著，利用可攜式生物檢測設備來檢測實驗容器中的實驗樣本，以獲得實驗樣本的分析結果。

Description

可攜式生物檢測設備與生物檢測方法

本發明是有關於一種可攜式生物檢測設備與生物檢測方法。

螢光成像技術經常用於檢測生物樣本，例如人或動物之血液、尿液、或唾液樣本中的成份，以找出上述樣本在某方面(例如疾病)的特徵。由於DNA的可用數量太少，螢光成像技術常常無法產生有效的檢測結果。為了增加DNA的可用數量，通常會先進行DNA片段擴增的反應(以下稱為DNA擴增反應)，例如聚合酶鏈鎖反應(polymerase chain reaction，PCR)或恆溫式核酸增幅反應(isothermal amplification)來增加DNA的可用數量，接著再透過雷射光來激發樣本，如此便可以過螢光反應來分析出樣本中的成份。

然而，由於目前的檢測設備體積過大且不易攜帶，對於田園調查或是需要快篩的使用者而言，目前的檢測設備無法滿足使用上的需求。

為了解決上述問題，本發明之一方面提供一種可攜式生物檢測設備與生物檢測方法，以利使用者進行田園調查或快篩檢測。

根據本發明之一些實施例，前述之可攜式生物檢測設備包含：檢測探頭、光感測模組、顯微物鏡模組、自動對焦控制模組、激發光源模組以及濾光片切換轉輪。檢測探頭係用以接收一實驗樣本之樣本光線。光感測模組係用以感測樣本光線來提供一樣本影像。顯微物鏡模組係連接於檢測探頭與光感測模組之間。自動對焦控制模組用以控制顯微物鏡模組來將樣本光線聚焦至光感測模組。激發光源模組係連接於顯微物鏡模組與光感測模組之間，以發出激發光至實驗樣本。濾光片切換轉輪包含複數個濾光片，其中濾光片切換轉輪係用以提供前述濾光片之一者於顯微物鏡模組與光感測模組之間。

在一些實施例中，前述之可攜式生物檢測設備更包含影像分析模組以及顯示模組。影像分析模組係用以分析樣本影像，以提供分析結果。

在一些實施例中，檢測探頭係可拆卸式地(removably)固定於該顯微物鏡模組上。

在一些實施例中，顯微物鏡模組係可拆卸式地固定於激發光源模組上。

在一些實施例中，檢測探頭的長度L與參數Dis、 F、M以及PS有關。其中，L為檢測探頭的長度；Dis為實驗容器之深度；F為顯微物鏡模組的焦距；M為可攜式生物檢測設備之影像放大倍率；PS為光感測模組之感光元件的大小。

在前述之生物檢測方法中，首先提供可攜式檢測設備本體。可攜式檢測設備本體包含：光感測模組、自動對焦控制模組、激發光源模組以及濾光片切換轉輪。接著，根據預設放大倍率來選擇顯微物鏡模組。然後，根據實驗容器和預設放大倍率來選擇檢測探頭，其中實驗容器放置有實驗樣本。接著，將檢測探頭、顯微物鏡模組以及檢測設備本體組合，以獲得可攜式生物檢測設備。然後，利用可攜式生物檢測設備來檢測實驗樣本。

在一些實施例中，利用可攜式生物檢測設備來檢測實驗樣本之步驟包含：利用可攜式生物檢測設備之顯示模組來顯示實驗樣本之分析結果。

在一些實施例中，前述之生物檢測方法更包含：利用可攜式生物檢測設備之資料傳輸模組來將實驗樣本之樣本影像傳送至手持式電腦裝置；以及利用手持式電腦裝置來分析樣本影像，以獲得分析結果。

在一些實施例中，前述之可攜式電腦裝置為筆記型電腦。

在一些實施例中，前述利用可攜式生物檢測設備來檢測實驗樣本之步驟包含：根據實驗樣本來控制激發光源模組，以發出激發光至該實驗樣本；以及控制濾光片切換 轉輪來提供複數個濾光片之一者於顯微物鏡模組與光感測模組之間。

為讓本揭露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。

100:可攜式生物檢測設備

110a,110b:檢測探頭

120:光感測模組

130:顯微物鏡模組

140:自動對焦控制模組

150:激發光源模組

152:激發光源

154:分光單元

160:濾光片切換轉輪

162,164:濾光片

170:控制電路

172:影像分析模組

174:顯示模組

176:資料傳輸模組

610,620:實驗容器

620H:孔

700:生物檢測方法

710-550:步驟

810:磁珠

812:資料區域

814:定位區域

820:磁珠

822:螢光標示區域

824:中央區域

910:磁珠

912:資料區域

914:定位區域

920:磁珠

922:螢光標示區域

924:中央區域

Dis:實驗容器深度

L:檢測探頭的長度

LA:激發光線

ML:成像鏡片單元

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。

[圖1]係繪示根據本發明一實施例之可攜式生物檢測設備的結構示意圖；

[圖2]係繪示根據本發明一實施例之可攜式生物檢測設備的結構示意圖；

[圖3]係繪示根據本發明另一實施例之可攜式生物檢測設備的結構示意圖；

[圖4]係繪示根據本發明一實施例之控制電路的功能方塊圖；

[圖5]係繪示根據本發明實施例之可攜式生物檢測設備之激發光線的路徑示意圖；

[圖6a]至[圖6b]係繪示根據本發明之一實施例之實驗容器；

[圖6c]至[圖6d]係繪示根據本發明一實施例之可攜式生物檢測設備對實驗容器中的實驗樣本進行檢測；以及

[圖7]係繪示根據本發明一實施例之生物檢測方法的流程示意圖。

[圖8a]至[圖8c]係繪示根據本發明實施例之磁珠(Magnetic Bead)的結構示意圖。

[圖9a]至[圖9b]係繪示根據本發明實施例之磁珠的結構示意圖。

請同時參照圖1和圖2，圖1和圖2係繪示根據本發明一實施例之可攜式生物檢測設備100的結構示意圖。可攜式生物檢測設備100包含檢測探頭110a、光感測模組120、顯微物鏡模組130、自動對焦控制模組140、激發光源模組150、濾光片切換轉輪160以及控制電路170。檢測探頭110a係用以接收實驗樣本的光線。例如，將檢測探頭110a抵靠在裝有實驗樣本的實驗容器上，以接收實驗樣本的光線。本發明之實施例中提供多種不同的檢測探頭，而使用者可根據實際需求來從選擇合適的檢測探頭。如圖3所示，在本發明之一實施例中，具有較大管徑的檢測探頭110a可被更換為具有較小管徑的檢測探頭110b。

請回到圖1和圖2，光感測模組120係用以感測由檢測探頭110a所接收的樣本光線，以相應地輸出樣本影像。在本發明之一實施例中，光感測模組120包含感光耦合元件(Charge-coupled Device；CCD)，以感測 樣本光線來產生樣本影像。顯微物鏡模組130與自動對焦控制模組140係設置於檢測探頭110a與光感測模組120之間，以將樣本光線聚焦至光感測模組120。在本發明之一實施例中，自動對焦控制模組140可為一電路板，其上設置有驅動裝置(例如，馬達)，其可移動顯微物鏡模組130中的鏡片位置，以使樣本光線能夠聚焦至光感測模組120上。

激發光源模組150係設置於顯微物鏡模組130與光感測模組120之間，以提供激發光至實驗容器，以激發實驗容器中的實驗樣本。在本發明之一實施例中，激發光源模組150為常開狀態(always on)。換句話說，當可攜式生物檢測設備100啟動時，激發光源模組150便會同時啟動，以提供激發光。再者，激發光源模組150所提供的激發光可用來激發實驗容器中的實驗樣本，也可用來提供進行影像擷取所需的光線。

濾光片切換轉輪160係設置於光感測模組120與顯微物鏡模組130之間，且包含複數個濾光片，例如濾光片162、164。在本實施例中，濾光片為可允許特定波長光線(例如螢光)通過的光學裝置。濾光片切換轉輪160係用以提供上述濾光片之一者於樣本光線進入光感測模組120的路徑上，以利光感測模組120擷取樣本光線中的螢光訊號。透過旋轉濾光片切換轉輪160，即可根據使用者需求來選擇出合適的濾光片。在本發明之一實施例中，濾光片切換轉輪160包含一透明鏡片，其可允許任意光線通 過。在本發明之另一實施例中，濾光片切換轉輪160包含一通孔，其可允許光線通過。

控制電路170係電性連接至光感測模組120，以接收光感測模組120輸出的樣本影像或感測訊號。請參照圖4，其係繪示根據本發明一實施例之控制電路170的功能方塊圖。在此實施例中，光感測模組120係輸出樣本影像至光感測模組120，而控制電路170則用以處理此樣本影像。控制電路170包含影像分析模組172、顯示模組174以及資料傳輸模組176。影像分析模組172係用以分析樣本影像，以獲得一分析結果。例如，若實驗容器中放置有微型條碼(micro barcode)，則影像分析模組172會分析樣本影像中微型條碼的圖案，以獲得微型條碼的數值。在本發明之一實施例中，微型條碼包含螢光圖案，而影像分析模組172可分析樣本影像中的螢光圖案來判斷樣本是否產生反應，以輸出分析結果。顯示模組174係電性連接至控制電路170，以接收並顯示影像分析模組172所輸出的分析結果(例如，微型條碼的數值)。資料傳輸模組176係電性連接至影像分析模組172，以傳輸資料至外部裝置。例如，使用者可透過資料傳輸模組176來將樣本影像傳送至手持式電腦裝置(例如，筆記型電腦)上，以利用手持式電腦裝置來查看樣本影像。在本實施例中，影像分析模組172為處理器晶片，顯示模組為液晶顯示器，資料傳輸模組176為應用有線或無線傳輸技術的電路晶片，例如藍芽無線傳輸晶片、通用序列匯流排(Universal Serial Bus；USB)晶片、Wifi晶片或乙太網路晶片。然而，本發明之實施例並不受限於此。

請參照圖5，其係繪示根據本發明實施例之可攜式生物檢測設備100之激發光線LA的路徑示意圖。在本發明之一實施例中，激發光源模組150包含激發光源152以及分光單元154，而濾光片切換轉輪160包含成像鏡片單元ML以及濾光片(例如，前述之濾光片162)。成像鏡片單元ML設置於濾光片162與光感測模組120之間，以利光線成像。激發光源152係用以提供激發光LA，而分光單元154則設置於激發光LA的傳導路徑上，如此，激發光LA便可透過分光單元152來傳送至顯微物鏡模組130。在本實施例中，激發光源152可例如為雷射光源，但本發明之實施例並不受限於此。自動對焦控制模組140係連接至顯微物鏡模組130，以調整顯微物鏡模組130的焦距，並透過檢測探頭110a將激發光LA提供至實驗容器。

在本發明之實施例中，檢測探頭110a、光感測模組120、顯微物鏡模組130、自動對焦控制模組140、激發光源模組150、濾光片切換轉輪160皆具有可拆卸(removable)的結構。例如，檢測探頭110a可拆卸式地(removably)固定於顯微物鏡模組130上。又例如，顯微物鏡模組130可拆卸式地固定於激發光源模組150上。再例如，激發光源模組150可拆卸式地固定於光感測模組120上。

請參照圖6a至圖6d，圖6a至圖6b係繪示根據 本發明一實施例之實驗容器610和620，圖6c至圖6d係繪示根據本發明一實施例之可攜式生物檢測設備100對實驗容器610和620中的實驗樣本進行檢測。在本發明之一實施例中，使用者可根據實驗容器的外型來選擇檢測探頭，以達到較好的光線接收效果。如圖6a和圖6b所示，實驗容器610為8連排試管，實驗容器620為96孔實驗盤，其中實驗容器620具有孔620H，以放置(接收)實驗樣本。如圖6c所示，當利用可攜式生物檢測設備100來檢測實驗容器610中的實驗樣本時，可採用具有較小管徑的檢測探頭110b(如圖3所示)來檢測實驗容器610中的實驗樣本。如圖6d所示，當利用可攜式生物檢測設備100來檢測實驗容器620中的實驗樣本時，採用具有較大管徑的檢測探頭110a(如圖2所示)來檢測孔620H中的實驗樣本。

在本發明之另一實施例中，使用者可根據所需的影像放大倍率來選擇檢測探頭，以使可攜式生物檢測設備100提供所需的影像放大倍率。檢測探頭的長度L與參數Dis、F、M以及PS有關。

其中，Dis為實驗容器深度；F為顯微物鏡模組130的焦距；M為影像放大倍率；PS為光感測模組120之感光元件大小，例如感光耦合元件的大小。在本發明之一實施例中，可利用電腦裝置來根據方程式(1)產生探頭尺寸查找表，以方便使用者根據此查找表來有效率地找到合適的檢測探頭。在本發明之另一實施例中，使用者可將所 需的探頭管徑和影像放大倍率輸入至一電腦裝置中，而此電腦裝置可根據使用者輸入的條件以及方程式(1)來找出合適的檢測探頭。在本發明之又一實施例中，使用者直接根據方程式(1)來自行找出合適的檢測探頭。

如此，使用者可根據實驗容器的外型以及所需的影像放大倍率(以下稱為預設放大倍率)來決定所需檢測探頭的管徑以及長度，並據以挑選合適的檢測探頭。

請參照圖7，其係繪示根據本發明一實施例之生物檢測方法700的流程示意圖，其中生物檢測方法700係利用前述之可攜式生物檢測設備100來進行生物檢測。在生物檢測方法700中，首先進行步驟710，以提供可攜式生物檢測設備本體。在本實施例中，可攜式生物檢測設備本體包含前述之光感測模組120、自動對焦控制模組140、激發光源模組150、濾光片切換轉輪160以及控制電路170。接著，進行步驟720，以根據預設放大倍率來選擇合適的顯微物鏡模組130。然後，進行步驟730，以根據實驗容器和預設影像放大倍率來選擇合適的檢測探頭，例如檢測探頭110a。接著，進行步驟740，以將步驟720和730選擇出的檢測探頭110a和顯微物鏡模組130與前述之檢測設備本體組合，以獲得可攜式生物檢測設備100。然後，進行步驟750，以利用可攜式生物檢測設備100來對實驗容器中的實驗樣本進行檢測。根據本發明之一實施例，可利用前述之顯示模組174來顯示實驗樣本之分析結果。根據本發明之另一實施例，可利用前述之資料傳輸模 組176來將實驗樣本的樣本影像傳送至手持式電腦裝置，以利用手持式電腦裝置來分析樣本影像，進而得到實驗樣本的分析結果。

在本發明之一實施例中，實驗容器中放置有磁珠(beads)，以檢測實驗樣本是否發生反應。在步驟750中，首先，使用者會切換濾光片切換轉輪160，以使濾光片切換轉輪160提供前述之透明鏡片(或通孔)於光感測模組120與顯微物鏡模組130之間。接著，可攜式生物檢測設備100利用激發光源152來提供激發光至實驗容器，並利用光感測模組120來進行影像擷取，以獲得第一樣本影像。在擷取第一樣本影像時，激發光源152係用來做為照明光源。

然後，使用者切換濾光片切換轉輪160來提供前述濾光片之一者(例如濾光片162或164)於光感測模組120與顯微物鏡模組130之間，以允許特定波長光線(例如螢光)通過，並利用光感測模組120來進行影像擷取，以獲得第二樣本影像。在擷取第二樣本影像時，激發光源152係用以激發實驗樣本。

接著，利用手持式電腦裝置/可攜式生物檢測設備來分別對第一樣本影像和第二樣本影像進行影像分析。透過分析第一樣本影像，可得知磁珠上的資料，例如磁珠編號。透過分析第二樣本影像，可得知實驗樣本是否發生反應。如此，整合第一樣本影像和第二樣本影像的影像分析結果，即可得到使用者想要的實驗樣本分析結果。

值得一提的是，當使用者切換濾光片切換轉輪160來提供濾光片時，可攜式生物檢測設備100可偵測到濾光片切換轉輪160的切換。如此，手持式電腦裝置/可攜式生物檢測設備便可根據濾光片切換轉輪160的切換來區分出第一樣本影像和第二樣本影像，並分別對其進行影像分析。

在生物檢測方法700中，由於檢測探頭和顯微物鏡模組130是可拆卸的，因此使用者可根據需求來選擇合適的檢測探頭和顯微物鏡模組130。再者，使用者可在可攜式生物檢測設備100的組合完成後，再將其攜帶至戶外進行生物檢測。因此，對於田園調查或是需要快篩的使用者而言，可攜式生物檢測設備100比習知的生物檢測設備更為便利。

請參照圖8a，其係繪示根據本發明實施例之磁珠(Magnetic Bead)810的結構示意圖。磁珠810可放置於待檢測樣本的實驗容器中，以提供彈性化的資訊標示。由於磁珠具有非常小的體積，因此數以千計的條碼可以置放於一個非常小的實驗容器中，以標示此實驗容器的相關資訊，例如試劑成分等。磁珠810包含複數個資料區域812以及定位區域814。磁珠810之外型類似於矩形，而定位區域814則設置於磁珠810的一角上，以供使用者判別磁珠810目前的設置狀態(例如正面或反面)。資料區域812係用以記載磁珠810所代表的資訊，其係設置於磁珠810的兩個短邊和兩個長邊上，其中資料區域812為缺口時代 表1，而平邊時代表0。在本實施例中，磁珠810包含30個資料區域812。在判讀磁珠810所記載之資訊時，從靠近定位區域814之短邊的資料區域812開始，依序讀取第1個資料區域812、第2個資料區域812...至第30個資料區域812的資料。

如此，在圖8a中，磁珠810的30個資料區域812係記載「101010101010101010101010101010」，而在圖8b中，磁珠810的30個資料區域812係記載「111111111111111111111111111111」。

請參照圖8c，其係繪示根據本發明另一實施例之磁珠820的結構示意圖。磁珠820係類似於磁珠810，不同之處在於磁珠820更包含螢光標示區域822以及中央區域824，其中中央區域824為深色(例如黑色)色塊，且位於螢光標示區域822之間。磁珠820之螢光標示區域822設置有螢光指示劑，其可於磁珠820產生反應時發出螢光來提示使用者。

請參照圖8c，其係繪示根據本發明另一實施例之磁珠820的結構示意圖。磁珠820係類似於磁珠810，不同之處在於磁珠820更包含螢光標示區域822以及中央區域824，其中中央區域824為深色(例如黑色)色塊，且位於螢光標示區域822之間。磁珠820之螢光標示區域822設置有螢光指示劑，其可於磁珠820產生反應時發出螢光來提示使用者。

請參照圖9a，其係繪示根據本發明實施例之磁珠 910的結構示意圖。磁珠910係類似於磁珠810，不同之處在於磁珠810僅有12個資料區域912。例如，從靠近定位區域914之短邊的資料區域912開始，依序讀取第1個資料區域812、第2個資料區域812...至第12個資料區域912的資料，可得到磁珠910所記載的資訊為「101010101010」。

請參照圖9b，其係繪示根據本發明實施例之磁珠920的結構示意圖。磁珠920係類似於磁珠910，不同之處在於磁珠920更包含螢光標示區域922以及中央區域924，其中中央區域924為深色(例如黑色)色塊，且被螢光標示區域922環繞包圍。磁珠920之螢光標示區域922設置有螢光指示劑，其可於磁珠920產生反應時發出螢光來提示使用者。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:可攜式生物檢測設備

110a:檢測探頭

120:光感測模組

130:顯微物鏡模組

140:自動對焦控制模組

150:激發光源模組

160:濾光片切換轉輪

170:控制電路

Claims (10)

1. 一種可攜式生物檢測設備，包含：

   一檢測探頭，用以接收一實驗樣本之一樣本光線；

   一光感測模組，用以感測該樣本光線來提供一樣本影像；

   一顯微物鏡模組，連接於該檢測探頭與該光感測模組之間；

   一自動對焦控制模組，用以控制該顯微物鏡模組來將該樣本光線聚焦至該光感測模組；

   一激發光源模組，連接於該顯微物鏡模組與該光感測模組之間，以發出一激發光至該實驗樣本；以及

   一濾光片切換轉輪，包含複數個濾光片，其中濾光片切換轉輪用以提供該些濾光片之一者於該顯微物鏡模組與該光感測模組之間。
2. 如請求項1所述之可攜式生物檢測設備，更包含：

   一影像分析模組，用以分析該樣本影像，以提供一分析結果；以及

   一顯示模組，用以顯示該分析結果。
3. 如請求項1所述之可攜式生物檢測設備，其中該檢測探頭係可拆卸式地(removably)固定於該顯微物鏡模組上。
4. 如請求項1所述之可攜式生物檢測設備，其中該顯微物鏡模組係可拆卸式地固定於該激發光源模組上。
5. 如請求項1所述之可攜式生物檢測設備，其中該檢測探頭的長度與該實驗容器之深度、該顯微物鏡模組的焦距、該可攜式生物檢測設備之一影像放大倍率以及該光感測模組之一感光元件的大小有關。
6. 一種生物檢測方法，包含：

   提供一可攜式檢測設備本體，包含：一光感測模組、一自動對焦控制模組、一激發光源模組以及一濾光片切換轉輪；

   根據一預設放大倍率來選擇一顯微物鏡模組；

   根據一實驗容器和該預設放大倍率來選擇一檢測探頭，其中該實驗容器放置有一實驗樣本；

   將該檢測探頭、該顯微物鏡模組以及該檢測設備本體組合，以獲得一可攜式生物檢測設備；以及

   利用該可攜式生物檢測設備來檢測該實驗樣本，以獲得該實驗樣本之一樣本影像。
7. 如請求項6所述之生物檢測方法，更包含：利用該可攜式生物檢測設備來分析該樣本影像，以獲得一 分析結果，並利用一顯示模組來顯示該分析結果。
8. 如請求項6所述之生物檢測方法，更包含：

   利用一資料傳輸裝置來將該樣本影像傳送至一可攜式電腦裝置；以及

   利用該可攜式電腦裝置來分析該樣本影像，以獲得一分析結果。
9. 如請求項8所述之生物檢測方法，其中該可攜式電腦裝置為筆記型電腦。
10. 如請求項6所述之生物檢測方法，其中利用該可攜式生物檢測設備來檢測該實驗樣本之步驟包含：

    根據該實驗樣本來控制該激發光源模組，以發出一激發光至該實驗樣本；以及

    控制該濾光片切換轉輪來提供複數個濾光片之一者於該顯微物鏡模組與該光感測模組之間。

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