TW202215044A - 基於目標分子吸附之磁控量測系統 - Google Patents
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Abstract
一種目標分子吸附之磁控量測裝置，包括有一待測標的物以及一可程式磁控量測裝置，待測標的物包含一容器件與用以裝填於該容器件中的一磁性粒子懸浮液；可程式磁控量測裝置包含一載台、一光源、一磁力產生組件、一感測元件、一運算處理元件以及一顯示元件； 載台用以置放該測定標的物，光源用以產生具有一光強度的光束且指向該磁性粒子懸浮液；磁力產生組件用以在一開始時間到一結束時間的一操作時間內產生一頻率範圍與一磁場強度範圍的磁場施加於磁性粒子懸浮液；感測元件用以在開始時間接收穿過磁性粒子懸浮液的光強度以產生一光強度初值，在結束時間接收穿過磁性粒子懸浮液的光強度數值以產生一光強度末值，運算處理元件用以產生一目標分子吸附效率之數值與一目標分子吸附量之數值，顯示元件用以顯示目標分子吸附效率與目標分子吸附量之數值結果。
Description
本發明為關於一種目標分子分離吸附的技術領域，特別是指一種可程式化磁控制裝置結合磁性粒子，進行分離微量目標分子的吸附並量測其吸附量的磁場控制量測系統。
在醫學診斷之領域中，基於檢定的感測器器件因可準確測定各種樣本(諸如包含唾液、血液、血清、血漿、尿液等等之體液樣本)中很多受關注分析物之存在及濃度而迅速普及開來。目標分子體學是近代熱門的研究領域，應用的範圍相當廣泛，包括生物科技、食品科學、藥物開發等。然而在進行目標分子研究之前，樣品前處理是極為重要的步驟，可以藉由一些純化分離的技術，取得特定目標分子，其中粒子吸附的方式是目前多數人在探討的主題。
嵌入於聚合基質中之磁性粒子及磁性珠粒代表現代生物醫學技術中之一廣泛流傳工具。特定言之，近年來已探索其等在不同生物感測方案中之利用，其中常用的感測方法包括奈米粒子分析法，是將奈米磁珠接固上待測生物分子，在特定範圍內施加外加磁場，利用奈米磁珠的超順磁特性，可產生額外磁場，並且使用磁感測器測量磁珠產生的額外磁場，以此方式間接量測出待測物體的數量或濃度。磁性粒子與一外部磁場之間之遠距交互作用致能容易操縱及敏感偵測。由利用磁場及磁性載體之生物感測方法提供之主要優點在於，生物媒介具有一本質低磁化率，且磁性交互作用大體上不受表面電荷、pH值、離子濃度或溫度影響。此外，歸因於潛在低成本、裝置之簡單及可達成之高敏感性，實現一種基於磁性載體以捕獲、分類及偵測生物媒介中之目標分析物係尤其吸引人的。
磁性粒子具有超順磁性、高飽和磁化強度、低細胞毒性、良好的生物相容性等特色，廣泛應用於生物和醫學領域，其中也應用在目標分子的分離純化，由於磁性粒子具有較大的比表面積、表面易改質、可快速與樣品溶液分離，適合作為吸附劑來吸附目標分子。然而，磁感測元件必須可以感應到磁珠磁場之變化才可推估沾黏在磁珠上的分子之密度，由於磁珠必須在外加磁場的環境下才可感應出磁矩進而產生額外磁場，因此可用磁力產生器對磁珠施加外加磁場。由於磁感 測元件也會對磁力產生器產生的外加磁場有反應，因此如何避免這些磁力產生器所產生的外加磁場影響磁感測元件也是重要的課題。
本發明提供一種基於目標分子吸附之磁控量測系統，透過利用磁性元件、步進馬達、顯示螢幕等元件的特殊結構配置與電路設計所開發出一套磁控量測系統，使用者能夠通過外部的操作介面控制磁性元件之距離、磁場頻率、磁場大小、吸附時間，通過特定的演算法取得帶測標的的目標分子吸附效率以及吸附量之量測數據，並於顯示螢幕上即時顯示以供使用者直觀的了解其量測結果；經由實際測試驗證具有高可靠性，且整體系統的體積小更便於攜帶以供使用者不受地域或環境限制以作即時性的量測分析。
為達成本發明之目的，本發明提供一種基於目標分子吸附之磁控量測系統，包括有一待測標的物以及一可程式磁控量測裝置，待測標的物包含一容器件與用以裝填於該容器件中的一磁性粒子懸浮液；可程式磁控量測裝置包含一載台、一光源、一磁力產生組件、一感測元件、一運算處理元件以及一顯示元件； 該載台用以置放該測定標的物，該光源用以產生具有一光強度的光束且指向該磁性粒子懸浮液，以使與該磁性粒子懸浮液交互反應；該磁力產生組件包含一組磁性元件且與該待測標的物保持有一預定距離，該組磁性元件用以在一開始時間到一結束時間的一操作時間內，產生一頻率範圍與一磁場強度範圍的磁場施加於該磁性粒子懸浮液，以使與該磁性粒子懸浮液交互反應；該感測元件用以在該開始時間接收穿過該磁性粒子懸浮液的光強度以產生一光強度初值，在該結束時間接收穿過該磁性粒子懸浮液的光強度數值以產生一光強度末值，該運算處理元件用以接收該光強度初始值與該光強度完成值並進行運算以產生一目標分子吸附效率之數值與一目標分子吸附量之數值，該顯示元件連接該運算處理元件，用以顯示該目標分子吸附效率與該目標分子吸附量之數值結果；其中可程式磁控量測裝置包含複數個可調整操作參數，該些可調整操作參數至少包含該預定距離、該磁場強度、該頻率範圍以及該操作時間。
根據本發明一實施例，其中該磁性粒子懸浮液主要由一標的分子溶液摻雜一磁性粒子，該標的分子溶液包含有一目標分子，該目標分子為菌株、細胞、蛋白質、抗體、藥物或化學分子。
根據本發明一實施例，其中該磁性粒子懸浮液是磁性粒子與生物樣品的混合液。
根據本發明一實施例，其中磁性粒子與生物樣品是預先進行混合作業以形成該磁性粒子懸浮液，並裝填於該容器件中。
根據本發明一實施例，其中磁性粒子與生物樣品是通過連通該容器件的兩個引流通道，以經由該兩個引流通道分別引導磁性粒子與生物樣品進入該容器件中進行混合以形成該磁性粒子懸浮液。
根據本發明一實施例，其中該目標分子吸附效率之數值係根據下述方程進行演算產生：
；
該目標分子吸附量之數值係根據下述方程進行演算產生：
。
根據本發明一實施例，其中該可程式磁控量測裝置更包含一外罩、一基座、一可程式化邏輯控制器、一步進馬達以及一操控介面，該可程式磁控量測裝置係由一外部電源供電；該外罩組接該基座以構成一容置空間，該載台組接該基座且設於該容置空間中，該組磁性元件設置於該容置空間中且沿一軸向成對配置於該載台的二側，該可程式化邏輯控制器分別連接該運算處理元件、該步進馬達以及該操控介面，該操控介面提供一使用者進行該些可調整操作參數之調整，該顯示元件係配置於該外罩之外周壁以供該使用者觀察。
根據本發明一實施例，其中該磁性元件為一電磁鐵且其通過該外部電源供電以產生一交變磁場，該磁性元件通過位移或者旋轉以改變磁極方向，從而改變該交變磁場的該磁場強度範圍。
根據本發明一實施例，其中該容器件係由玻璃或塑膠所製成的一匣體，該方狀匣體具有一光穿透區，該光穿透區所佔該容器件的整體比例介於40% ~100%之間。
在下文將參考隨附圖式，可更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。類似數字始終指示類似元件。以下將以多種實施例配合圖式來說明所述磁控量測系統，然而，下述實施例並非用以限制本發明。
在說明本發明前，先行提起本發明主要動機以及根據此動機開發出本發明所揭露之磁控量測系統的目的以及功效。2004年Z.G.Peng等學者提出，在不同pH值的環境下研究牛血清白蛋白(BSA)對磁性粒子吸附行為的影響，發現無論有無碳化二亞胺，最大的吸附發生於等電點附近(pI = 4.7)，吸附行為會隨著pH值的增加或減少而降低，在pH值小於4.7時，吸附行為下降較快，反之，pH值大於4.7時，吸附行為下降較慢，是因為在酸性範圍內，會有較大的分子間排斥和構像變化發生 。
2006年 N.Shamim等學者提出有聚合物包覆的磁性粒子等電點為6.2，而裸露的磁性粒子等電點為6.74，透過不同pH值，可以發現BSA的吸附可由BSA和磁性粒子之間的靜電相互作用力來解釋，當pH值較高(pH = 8.18)時，BSA和磁性粒子表面皆帶負電，導致兩者之間產生靜電排斥力，以相同方式，當pH值較低(pH = 5.23)時，BSA帶負電，磁性粒子帶正電，兩者之間所產生靜電吸引力，應使兩者互相吸引，但由於BSA在酸性環境下，造成BSA分子的構象改變，導致影響吸附效果。儘管如此，仍然發現當環境pH值為等電點附近時，目標分子的構象改變不會受到影響，且結構緊密，因此能夠產生較大的吸附量。
2014年X.Y. Liu等學者，研究了磁性聚苯乙烯-丙烯酸微球上牛血清白蛋白的吸附量與時間、pH值的關係，發現即使磁性微球表面修飾不同量的羧基，但均能在pH值為4.7附近時有最大的吸附量，最後總結為pH值的高低會影響牛血清白蛋白與磁性微球兩者之間的靜電排斥力。
2015年Gholam Reza Mahdavinia等學者，研究具有k-卡拉膠/羧甲基殼聚醣所修飾的磁性粒子在不同pH值環境下對牛血清白蛋白之吸附，測得經表面修飾之粒子等電點為5.85，因此當pH高於4.7時，牛血清白蛋白與粒子兩者表面皆帶負電，產生靜電排斥力，同樣，當pH值低於4.7(pH值約3.3)，兩者表面皆帶正電，產生靜電排斥力，而牛血清白蛋白最大的吸附量則發生在等電點附近(pH值約4.66)，此時，磁性粒子帶正電，牛血清白蛋白帶負電，產生靜電吸引力，促使牛血清白蛋白吸附到磁性粒子上。 由以上論文可知，pH值在實驗中扮演相當重要的角色，不僅影響到目標分子的構象，也影響到目標分子和粒子間的吸附量。
根據上述該些論點以及習知缺點，本發明提出一種基於目標分子吸附之磁控量測系統，以程式控制磁性元件磁場頻率、磁場大小、以及磁性粒子吸附時間等參數，接著進行粒子吸附目標分子的各項測試以及反覆驗證，探討在不同參數下粒子的吸附量與效率，以進一步驗證該磁控量測的效益。
為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式。有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者；而關於本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之各實施例的詳細說明中，將可清楚呈現，以下實施例所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等，僅是參考附加圖示的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本創作；再者，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的元件標號。
請參閱圖1-2所示，其繪製本發明所述之磁控量測系統的外觀分解示意圖以及系統方塊圖。該磁控量測系統主要包括一待測標的物100以及一可程式磁控量測裝置200，該磁控量測系統係針對微量生物分子的定量測定方法、定量用器件以及量測裝置構造之敘述。上述待測標的物100包含一容器件110與用以裝填於該容器件110中的一磁性粒子懸浮液120；該磁性粒子懸浮液120的製備將於本文下述中做出說明，其主要由一標的分子溶液摻雜一磁性粒子。
在本發明中，該標的分子溶液包含有一目標分子，「目標分子」可為待測定其濃度或存在之任何分子，例如：該目標分子為菌株、細胞、蛋白質、抗體、藥物或化學分子。目標分子之實例為諸如蛋白質、酶、內分泌素、肽、核酸之分子目標及諸如病原體細胞、細菌細胞及真菌細胞之細胞目標。該標的分子本身可存在於經分析之一樣本中，或可在原處(例如)經由發生於一感測器件中(圖未示出)之一反應形成於該感測器件中。若該感測器器件係用於監測一反應，則該標的可為該反應之起始產物或一反應產物。而下述凡提到「在溶液中」之處，意指該反應或檢定係在一液體環境下進行。參與之試劑無需溶解於流體介質中，而係亦可以懸浮或分散狀態存在。
上述容器件110係經定位為接近於一分析樣本腔體，其中可提供在溶液中之具有待偵測的標的組分(諸如藥物、抗體、DNA等等)之一樣本流體。在具體實施例中，該容器件110係為由玻璃或塑膠所製成的一匣體，該匣體具有腔室用以裝填磁性粒子懸浮液120，而該匣體構成有一光穿透區，該光穿透區所佔該匣體的整體比例介於40% ~100%之間；亦即可為全透明或部分透明；補充說明，該匣體整體可呈一方型(矩形)構造的平板薄件，但不作為限定。該容器件110亦可想像替代物，諸如不同形式之微流體裝置。包括微毛細管閥、用於注射、稀釋及混合待分析之樣本之微針頭及類似物之一微流體裝置。磁性粒子懸浮液是磁性粒子與生物樣品的混合液，可以預先混合製備完成，或者是通過系統中設置有兩個連通容器件10的引流通道(圖未示)，一個用以導引磁性粒子，另一個用以導引生物樣品且分別引流到容器件10中，然後在反應區相混合。
磁性粒子懸浮液120的該磁性粒子，例如超順磁珠。實質上球形粒子，在某種意義上說，每個個別磁性粒子具有可忽略的光學各向異性。亦可使用替代形狀，諸如 (舉例而言)橢圓形或卵形粒子(不規則形)。磁性粒子亦可係磁性珠粒，諸如磁性聚合珠粒。 磁性粒子懸浮液可包含混合在一起的一種以上類型的粒子。不同類型的粒子可具有不同大小或不同性質，諸如磁性或非磁性(只要該等粒子類型之一者為磁性)。個別粒子類型之大小可自級粒子變化至微米級粒子。若存在標的分子，則使用較大粒子可阻止較小粒子之旋轉。磁性粒子數目可為一個或多個，取決於生物分子的數量、濃度或密度，本發明並不限於此。
承上所述，為了高效率捕捉漂浮在溶液中的極微量的生物分子，需要提高生物分子和捕捉側的分子的碰撞頻度。因此，我們考察了使用1微米以下的微小的磁微粒作為捕捉分子的方法。通過使用這些微小的磁性粒子，可以增大每單位粒子數的表面積，也能夠提高分子運動，因此能夠提高與生物分子的反應效率。按照以上所述，本發明中磁性粒子的粒徑越小則越能夠提高捕捉效率且能夠固定在一定面積上的微粒數也越能夠達到高密度，因此對於高靈敏度檢測和高速檢測更有利。因此，在具體實施例中，上述容器件110的結構設計系主要將包含微小的磁微粒的溶液用潤濕性高的平板夾持，並使裝填磁性粒子懸浮液120之腔室厚度在上下方向儘量薄，從一個平面基板二側提供磁場吸引磁微粒。
本發明所述之可程式磁控量測裝置200主要包括有一外罩210、一基座220、一載台230、一光源240、一磁力產生組件250、一感測元件260、一運算處理元件270、一可程式化邏輯控制器280、一步進馬達290、一顯示元件300以及一操控介面310，而該可程式磁控量測裝置200係由一外部電源供給上述各組成元件的運轉電力所需，例如：市電。
外罩210主要為一磁屏蔽薄殼件且組接於基座220，以於兩者構成有一容置空間(圖未示)，而外罩210與基座220構成該可程式磁控量測裝置的整體外觀尺寸，基本上整體高度不超過40公分，整體寬度不超過30公分，整體長度不超過60公分，主要以節省空間且便於攜帶的概念作該裝置的設計。載台230組接基座220且配置於該容置空間中，原則上位於該裝置中央位置，但不依此為限。
對應載台230上方之外罩210可設有一開口211，但不限定於上方；雖圖示中開設位置為外罩210的上方位置，僅是為了表示本發明所述該可程式磁控量測裝置的一實施態樣。開口211主要用以方便使用者將上述待測標的物100經由開口211放置於載台230進行後續的量測作業，開口的大小並不作限定。
光源240則設置於該容置空間中，該光源110所發射的光束指向載台230，主要是載台230用於置放上述待測標的物100。光源240可係發射在(例如)紫外線(UV)、可見或紅外線(IR)光譜範圍內之一雷射、一UV燈、紅外線(IR)、鹵素燈或類似物之光束。所發射之光束在離開光源時通常將其線性極化。補充說明，光源240所產生的光場顏色並無一定的限制，可以為白光、色光或者是根據目標物選擇適當的光線，例如目標物如果可以產生螢光，則可以利用可以激發目標物產生螢光的光源來實施。
光源240將以一波長λ發射具有一光強度Ir之一光束，進入待測標的物100之光束將具有一光強度Iin，且透射穿過待測標的物100之光束將具有一光強度Itrans。本發明主要藉由感測前述兩者光強度的差異以取得待測標的物100中的吸光值進行運算處理以量測出目標分子之吸附效益。在具體實施例中，光源240可使用對應目標分子之特定波長之光源，光源240可以是雷射光、發光二極體、白光結合濾鏡組，並結合一準直透鏡以使該指向光束平行。
磁力產生組件250包含為由線圈通電方式所構成的一組磁性元件，該組磁性元件251設置於該容置空間中且沿一軸向A1成對配置於載台230的二側，該組磁性元件251底側可設有一支撐座252以支撐固定該組磁性元件251，而該支撐座252鎖固於一底板253中且該支撐座連接上述步進馬達290，該組磁性元件251與置於載台230上的該待測標的物100保持有一預定距離(d)，而上述步進馬達290可接受一控制訊號以驅動該支撐座252形成往復式位移，從而使該組磁性元件251之間相對移動以改變該預定距離(d)。
該組磁性元件251經由外部供電以產生一交變磁場，用以在一開始時間(T1)到一結束時間(T2)的一操作時間(Tw)內，產生一頻率範圍(fr)與一磁場強度範圍(Gr)的多條磁力線以施加於該待測標的物100中的磁性粒子懸浮液120，利用磁場的擾動以增加磁性粒子的目標分子吸附效益。補充說明，磁力產生組件250係產生以在一開始頻率與一結束頻率之間可變之一頻率振盪的磁場，磁力產生組件250藉由一控制訊號改變該外加磁場之方向，並於量測過程中反覆的改變該外加磁場的方向，進而使該磁性粒子懸浮液120內的磁性粒子往復移動。該磁力產生組件250藉由一控制改變該磁場強度，以增加量測該目標物之數量範圍或尺寸大小範圍。在具體實施例中，該組磁性元件251係採用永久磁鐵或超導磁鐵來實施。進一步說明，該磁性元件通過位移或者旋轉以改變磁極方向，從而改變該交變磁場的該磁場強度範圍。
感測元件260用以在該開始時間(T1)接收穿過該磁性粒子懸浮液120的光強度以產生一光強度初值(Ci)，在該結束時間(T2)接收穿過該磁性粒子懸浮液的光強度數值以產生一光強度末值(Ce)，而運算處理元件270用以接收該光強度初值(Ci)與該光強度末值(Ce)並進行運算以產生一目標分子吸附效率之數值與一目標分子吸附量之數值。在具體實施例中，感測元件260進行感測包含一即時磁場感測與一即時光量感測之二個部分，即時磁場感測部分可通過一霍爾探針執行，即時光量感測可通過包含有光電晶體或光電二極體之光度感測器執行，並將感測後的類比訊號回傳至運算處理元件270進行運算處理。前述該目標分子吸附效率之數值係根據下述方程式進行演算產生：
；
前述該目標分子吸附量之數值係根據下述方程式進行演算產生：
承上所述，標的分子溶液之體積(ml)、標的分子溶液之濃度(mg/ml)以及磁性分子的參雜重量(g)係可於製備上述磁性粒子懸浮液120的過程中量測即可得知，而經由演算取得的該目標分子吸附效率之數值即可在演算產生該目標分子吸附量，並且通過配置於該外罩210之外周的顯示元件300顯示該目標分子吸附效率與該目標分子吸附量之數值結果。在具體實施例中，顯示元件可為有機發光二極體顯示器(Organic Light-Emitting Diode, OLED) 。
可程式化邏輯控制器280分別連接運算處理元件270、步進馬達290、顯示元件300以及操控介面310，其中該操控介面310提供使用者進行各項操作參數的調整，該操作介面310可為按鈕、旋鈕、撥桿等類比訊號產生器件，或者為觸控面板之數位訊號產生器件。雖本圖示表示為按鈕型態之器件，步步用以作為限制。通過該操作介面310進行操作參數之調整，其中可程式磁控量測裝置包含複數個可調整操作參數，該些可調整操作參數至少包含該預定距離、該磁場強度、該頻率以及該操作時間。在具體實施例中，運算處理單元270可為包含有CPU之控制器或MCU之微控制器；關於前述該些訊號產生並傳輸至運算處理單元270並控制該些可調整操作參數的資訊處理方式係為習知技術，在此不再另行贅述。
在具體實施例中，可程式磁控量測裝置200中的該磁力產生組件250之電路配置設計，該交變磁場的磁場強度根據需求可做調整沒有一定的限制。
在具體實施例中，可程式磁控量測裝置200中的該磁力產生組件250之電路配置設計，該交變磁場的頻率根據需求可做調整沒有一定的限制。
在具體實施例中，可程式磁控量測裝置200的該步進馬達之配置設計，該預定距離(d) 根據需求可做調整沒有一定的限制。
進一步說明，該些可調整操作參數更包含該光源所產生該光束之光強度。在具體實施例中，可程式磁控量測裝置200中的該光源240之電路配置設計，光源240之光強度係根據需求可做調整沒有一定的限制。
補充說明，本發明所述之磁控量測系統中各硬體元件以於上述揭露中清楚說明，而關於控制該些硬體元件的運作的部分，在具體實施例中，本發明使用Arduino微處理機進行程式撰寫，但不依此為限。
請參閱圖3所示，其顯示本發明所述之磁控量測系統之外觀結構的一實施態樣。根據本發明上述之磁控量測系統，申請人應用該系統進行下述各項目標分子吸附效益的測試；請同時參閱圖4~8所示，圖4係顯示無磁場狀態之目標分子吸附效益、圖5係顯示不同磁場大小之目標分子吸附效益、圖6A-6B係顯示不同BSA濃度之目標分子吸附效益、圖7A-7B係顯示不同磁性粒子量之目標分子吸附效益。圖8係顯示重複吸附測試系統之可靠度驗證結果。該些圖式係以不同測是下的量測結果進行記錄並繪製成圖表進行分析。前述圖4~8中的目標分子係以蛋白質分子進行吸附實驗測試，但不以此為限。
從各圖式顯示之結果，如圖4所示，由於沒有任何磁場的擾動，磁性粒子(MNPs)沉澱在微反應槽中，無法均勻的與BSA溶液混和，因此導致吸附效果不佳，即使到24小時吸附率僅在15%以下。如圖5所示，在磁場300 G的狀態下擁有最高之吸附量與吸附率，以吸附運動型態來看，300 G的磁性粒子會完全隨著磁場移動；100 G的磁性粒子在原地抖動；600 G的磁性粒子只有部分跟著磁場移動，因此我們相信磁性粒子的運動方式會直接影響吸附效果。如圖6A-6B所示，從整體趨勢來看，頻率10 Hz的吸附效果比1 Hz還要好，表示較快的擾動速度有效的增加吸附效果。如圖7A-7B所示，經由統計顯示，較低量的MPs，時間與磁場頻率並沒有對吸附結果產生明顯的差異，但隨著MPs量的增加，差異會越來越明顯，尤其是時間的差異，10分鐘的目標分子吸附效果比1分鐘的目標分子吸附效果更好。如圖8所示，選定以BSA濃度0.25 mg/ml來進行實驗，每次重複都是吸附10分鐘，頻率10 Hz在第三次重複吸附已達到接近97%的吸附效率，第四次重複吸附已接近100%的吸附，由此結果證明本系統具有分離微量目標分子的能力。
本發明主要利用磁場控制方式讓磁性粒子表面具有不同化學鍵結(例如：NH3+或COOH-)來產生，以使得磁性粒子與生物樣品產生不一樣的吸附效率；以或者讓磁性粒子表面帶有特殊結構，例如：增加粗糙度，或者是網狀結構等都可以用來吸附特定生物樣品。透過上述機制進行生物樣品分離，例如生物樣品可能是有兩種以上的混合樣品，透過具有表面特徵的磁性粒子吸附特定的生物樣品，達到分離生物樣品的效果。
綜上所述，本發明透過利用磁性元件、步進馬達、顯示螢幕等元件的特殊結構配置與電路設計所開發出一套磁控量測系統，使用者能夠通過外部的操作介面控制磁性元件之距離、磁場頻率、磁場大小、吸附時間，通過特定的演算法取得帶測標的的目標分子吸附效率以及吸附量之量測數據，並於顯示螢幕上即時顯示以供使用者直觀的了解其量測結果；藉由重複吸附驗證我們能在短時間內對使用磁性粒子對微量目標分子達到接近100%的吸附效率，證實了本系統具有純化分離微量目標分子的能力而具有高可靠性，且整體系統的體積小更便於攜帶以供使用者不受地域或環境限制以作即時性的量測分析，可以應用在實驗室或工廠的大型設備，或者是居家的可攜式裝置。
以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
100:待測標的物
110:容器件
120:磁性粒子懸浮液
200:可程式磁控量測裝置
210:外罩
220:基座
230:載台
240:光源
250:磁力產生組件
251:磁性元件
252:支撐座
253:底板
260:感測元件
270:運算處理元件
280:可程式化邏輯控制器
290:步進馬達
300:顯示元件
310:操控介面
d:預定距離
Ci:光強度初值
Ce:光強度末值
圖1為本發明所述之磁控量測系統的外觀分解示意圖。
圖2為本發明所述之磁控量測系統的系統方塊圖。
圖3為本發明所述之外觀結構的一應用實施態樣參考圖。
圖4係顯示以本發明之系統進行分析無磁場狀態之目標分子吸附效益。
圖5係顯示以本發明之系統進行分析不同磁場大小之目標分子吸附效益。
圖6A-6B係顯示以本發明之系統進行分析不同BSA濃度之目標分子吸附效益。
圖7A-7B係顯示以本發明之系統進行分析不同磁性粒子量之目標分子吸附效益。
圖8係顯示以本發明之系統進行分析重複吸附測試系統之可靠度驗證結果。
100:待測標的物
110:容器件
120:磁性粒子懸浮液
200:可程式磁控量測裝置
230:載台
240:光源
250:磁力產生組件
260:感測元件
270:運算處理元件
280:可程式化邏輯控制器
290:步進馬達
300:顯示元件
310:操控介面
d:預定距離
Ci:光強度初值
Ce:光強度末值
Claims (10)
- 一種基於目標分子吸附之磁控量測系統，包括： 一待測標的物，包含一容器件與用以裝填於該容器件中的一磁性粒子懸浮液； 一可程式磁控量測裝置，包含一載台、一光源、一磁力產生組件、一感測元件、一運算處理元件以及一顯示元件； 該載台用以置放該測定標的物之目標分子，該光源用以產生具有一光強度的光束且指向該磁性粒子懸浮液； 該磁力產生組件包含一組磁性元件且與該待測標的物保持有一預定距離，該組磁性元件用以在一開始時間到一結束時間的一操作時間內產生一頻率範圍與一磁場強度範圍的磁場施加於該磁性粒子懸浮液，以使與該磁性粒子懸浮液交互反應； 該感測元件用以在該開始時間接收穿過該磁性粒子懸浮液的光強度以產生一光強度初值，在該結束時間接收穿過該磁性粒子懸浮液的光強度數值以產生一光強度末值，該運算處理元件用以接收該光強度初始值與該光強度完成值並進行運算以產生一目標分子吸附效率之數值與該目標分子吸附量之數值，該顯示元件連接該運算處理元件，用以顯示該目標分子吸附效率與該目標分子吸附量之數值結果； 其中可程式磁控量測裝置包含複數個可調整操作參數，該些可調整操作參數至少包含該預定距離、該磁場強度、該頻率範圍以及該操作時間。
- 如請求項1所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該磁性粒子懸浮液主要由一標的分子溶液摻雜一磁性粒子，該標的分子溶液包含有一目標分子，該目標分子為蛋白質、細胞、菌株、抗體、藥物或化學分子。
- 如請求項1所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該磁性粒子懸浮液是磁性粒子與生物樣品的混合液。
- 如請求項3所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中磁性粒子與生物樣品是預先進行混合作業以形成該磁性粒子懸浮液，並裝填於該容器件中。
- 如請求項3所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該磁性粒子與生物樣品是通過連通該容器件的兩個引流通道，以經由該兩個引流通道分別引導磁性粒子與生物樣品進入該容器件中進行混合以形成該磁性粒子懸浮液。
- 如請求項2所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該目標分子吸附效率之數值係根據下述方程A進行演算產生：。
- 如請求項2所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該目標分子吸附量之數值係根據下述方程B進行演算產生：。
- 如請求項1所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該可程式磁控量測裝置更包含一外罩、一基座、一可程式化邏輯控制器、一步進馬達以及一操控介面； 該可程式磁控量測裝置係由一外部電源供電； 該外罩組接該基座以構成一容置空間； 該載台組接該基座且設於該容置空間中； 該組磁性元件設置於該容置空間中且沿一軸向成對配置於該載台的二側； 該可程式化邏輯控制器分別連接該運算處理元件、該步進馬達以及該操控介面； 該操控介面提供一使用者進行該些可調整操作參數之調整，該顯示元件係配置於該外罩之外周壁以供該使用者觀察。
- 如請求項8所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該磁性元件為一電磁鐵且其通過該外部電源供電以產生一交變磁場，該磁性元件通過位移或者旋轉以改變磁極方向，從而改變該交變磁場的該磁場強度範圍。
- 如請求項1所述之基於目標分子吸附之磁控量測系統，其中該容器件係由玻璃或塑膠所製成的一匣體，該方狀匣體具有一光穿透區，該光穿透區所佔該容器件的整體比例介於40% ~100%之間。
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2021
- 2021-10-08 US US17/497,870 patent/US20220113303A1/en active Pending
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220113303A1 (en) | 2022-04-14 |
| TWI776251B (zh) | 2022-09-01 |
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