TWI273238B

TWI273238B - Multi-channel bio-separation cartridge

Info

Publication number: TWI273238B
Application number: TW091101408A
Authority: TW
Inventors: Ming-Sun Liu; Varouj Amirkhanian; Paul Mooney
Original assignee: Biocal Technology Inc
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2007-02-11
Also published as: US7309409B2; EP1354192A2; WO2002059589A2; CN100533138C; CN1494654A; CA2436136C; ES2370633T3; US20020123073A1; CY1112666T1; CA2436136A1; EP1354192B1; PT1354192E; WO2002059589A3; AU2002247040A1; DK1354192T3; JP2004532384A; ATE522802T1

Description

1273238 五、發明說明（1) 發明背景本申請案以2001年1月26曰提出之美國臨時申請案第 60/264, 605號主張優先權。 1 ·相關申請案對照本案與同時在2002年1月28曰於美國提出之專利申請案「多通道生物分離系統的光學偵測（Opt i ca 1 Detect i on In A Multi-Channel bio-separation System)」相關，專利所有人皆為BioCal Technology Inc·，在此並據以參考。 2.發明領域本發明與生物分離相關，特別是與支援多分離管 (multi-separation column)並整合檢測光學裝置與試劑儲存槽的可攜式管柱，以及包含該管柱的生物分離系統相 3 ·相關技藝說明生物分析（bioanalysis)，比如說DNA分析，已經由追求正確的純科學研究，快速轉變為越來越受信賴的一種例行檢驗程序。醫學研究者、藥理學家以及法醫都採用DNA 分析來協助他們的工作，但是能夠檢測與測量DNA的儀器相當複雜，且樣本（sample)製備不易，使得⑽人分析通常耗時價高，如何縮小設備的尺寸、減少所用零件數目以及設備的成本，讓樣本處理過程更為簡化，成為眾人所欲企及的目標，簡而言之，京尤是要作出簡化的、低成本、高靈

1273238 五、發明說明（2) 敏度（sensitivity)的檢測器。 · 有一種0“分析儀器可以利用電泳（616(：1：1*〇1)[1(^63丨3) 技術來分離DNA片段，電泳技術可以分離DNA片段，用在人類身分驗證、表現分析（eXpressi〇ri analysis)、病原體檢測、突變檢測以及藥物遺傳學（Pharmac〇genetics)等的基因型應用上。電泳一詞是指帶電片段受到電場的影響所產生的移動，電泳可以用來分離擁有相同荷質比 (charge-to-mass)但是不同質量的片段，DNA片段就是一 _ 例。、目前市面上有許多利用電泳現象來分析DNA樣本的儀翁器’其中有一種類型是多通道平板凝膠電泳（multi 一 lane slab gel electrophoresis)儀器，一如其名，是將 DNA 樣本放在有凝膠的平板上，在平板上施以電荷，讓DNA樣本分離成不同質量的DNA片段。另種電泳儀為稱為毛細管電泳（c a p i 11 a r y electrophoresis，CE)儀器，這是在帶有緩衝溶液的石英毛細層析管（fused silica capillary column)中施以電泳效應’由於樣本的尺寸明顯較小，因此比平板凝膠電泳方法的分離速度與解析度要高好幾倍。在CE儀器中的DNA 片段通常是以光線打到毛細管壁，從樣本中被分離出來的镰成伤會被覆以螢光物質，因此在入射光的照射下會發出螢 -光，而發光強度就代表了樣本中成份的濃度、量、及/或 _ 是尺寸。過去CE儀器常用雷射螢光檢測（Laser—induced fluorescence， LIF)，而螢光檢測方式最常用在基因組與

第7頁 1273238 五、發明說明（3) 蛋白質的檢測應用上，這是因為它的靈敏度優於其他檢測方法的關係。如何檢測樣本是在設計CE檢測儀器與CE分析規則時常遇到的問題’以螢光檢測為例，所要考量到的因素包括輻射源（radiation source)、光學檢測、靈敏度與檢測結果可信度、成本與光學檢測裝置的可靠度等，在過去需要相當高功率的光源，比如說雷射（Laser)。當光穿過毛細管壁照到毛細管内腔中分離的樣本成份時，光會在外部的毛細管壁/空氣介面以及内部的毛細管壁/緩衝液介面產生散射（拉曼散射，Raman scattering)，這樣會使得勞光放射（fluorescence emission)的強度變弱，同樣地，營光放射也會在在毛細管壁產生散射，過去已經有許多種方法能夠更完全地收集螢光放射，藉以提昇信號強度與檢測靈敏度，這些方法會另外使用可移動（或不可移動）的零件，因此讓檢測過程變得更貴更複雜。先前電泳儀器所面臨的設計限制在多毛細管電泳儀器出現後反而更加嚴重，比如說共輛焦雷射螢光偵測 (confocal scanning laser induced fluorescence detect ion， L IF)可以用在多毛細管電泳系統中，而多共軛焦掃瞄偵測的方式是靠光學掃瞄系統達成，這種方法會用到可移動的零件，如果考慮到儀器本身的簡易性、堅^ 性與低成本要求，並不是很理想。另外，共軛焦檢測器的顯微鏡片要達到近焦距（shallow focal length)的要求，對於機械與光學元件的容限也是嚴苛的考驗。還有光學掃

第8頁 1273238 五、發明說明（4) :=法對每個毛細管的工作週期（duty cycle)較長，如果生更多的結果’那麼系統的靈敏度就會被犧牲。毛細管外循環膠體流（Sheath Flow)檢測是另一種檢測的方、法，循環膠體流檢測器的主要缺點是在高度精細的流量系統中=須讓通道間的串訊（Cr〇ss talk)降到最低，才能達到可罪的毛細管外循環膠體流，為了滿足使用者對於功能的=求，因此對於機械與光學元件的容限是嚴苛的。循裱膠體流檢測器的靈敏度相當好，但是顯然並不符合 DNA分析所需的高輸出結果、低成本要求。在設計多毛細管電泳儀器時如何支撐毛細管（supp〇rt =th= capillaries)也是問題，在美國專利第5i98〇9i 唬、發明人為Burolla等人的專利中是採用長路徑的毛細官陣列（capillary array)來製作毛細管柱，在此專利中還可包含圍繞毛細管的中空區域用以循環冷卻液體，不過在此專利中並沒有包含跟管柱整合在一起的儲存槽。在美國專利第5,4 1 3,686號、發明人為Klein等人的專利中描述一個自動化的多通道毛細管電泳（capi丨lary electrophoresis)分析器，其中還包含複數個毛細管，在裝置中有儲存槽，不過是多個儲存槽，而且與毛細管分離，並非用做毛細管的支撐，在描述裝置時也顯示有檢測用光學裝置，不過並沒有整合作為小型（c〇mpact)毛細管支撐。在美國專利第5, 3 38, 427號、發明人為Shartu等人的專利中提到在毛細管電泳（cap i 1 1 ary electrophoresis)儀器中使用單一用途的分離管柱，其中

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毛細管的試管是水的分離管柱取代 I ，在—個共平面的陣列，單一用途，滴狀。型试劑儲存槽，而試劑則是呈半球水此外，現杆备特定的毛細管電泳2:用的凝膠緩衝化學方法不能夠用在電泳儀器在針餅态上，換句話說，現在使用的毛細管度與解析度時，必^的分離應用，也就是在不同型態、速徑，以及緩衝試劑/。、匹配毛細管的塗層（COating)與管 #明相本發明提出一個使用右4方可置換、可重複使用、可回=率、小巧、精簡、可攜帶、道管柱（cartridge)的生物成本、易於組裝的多通而此多通道管柱不須使用離(b1〇 separation)系統，準（aligned)的光學裝置與^的零件，並整合了預先對例來說’毛細管電泳（⑻儲存槽。管柱可支援，舉的儲存槽裝载分離用介質，夕重毛細管。管柱内整合均通用。介質的化學作用盥j如f膠緩衝物，所有毛細管小、塗層與長度，會根據^ 一官的特性，如毛細管大統中不同的管柱可輕易的置官柱而定義。在生物分離系法。儲存槽連接至一氣壓幫、、#，，適應特定樣本的分離方槽，並將緩衝物填充至毛細技氣壓幫浦可清洗凝膠儲存發明的另一情況下，管、二内’做為分離用介質。在本光學裝置，比如說可導引入=合了需要根據偵測區微調的、幸导射以及/或輻射放射的光

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在本發明的一種實施離揭φ 的多重毛細管，管柱包含::::官柱可支樓用作以分離 Γρχρ： , + . f 6的各部份零件、激發光纖

Cexcitation fibers)、丰仏总/ 物/凝脒蚀在擗、、、、& 、電極（electrode)、緩衝 Γ和所有毛二稽和所有毛細官一樣接有單一電極。人5 1另一種實施態樣中，光學裝置係與管柱整 s。根據本發明的一個具體實施例，光學激發系統

Uptlcal excitation systen〇係與管柱整合，而激發系統中的激發光纖將光導入檢測區（detecti〇n z〇ne)，激發光纖則利用微小球狀透鏡（micr〇_baU lense)耦合至 LED ’並且被導向每個毛細管相接的V型溝槽上。根據另一個本發明的具體實施例’光學檢測系統和管柱相接的地方有一個快門（shu 11 er )的機制，每個毛細管所用的檢測光學裝置，或檢測陣列，都會耦合至單一的光電倍增管 (photo-mult ipl ier tube，PMT)，檢測陣列利用微小球狀透鏡與檢測光纖將檢測區所放射的光導正（c〇l 1 imate)。在本發明的進一步實施態樣中，利用本發明所提出的多通道生物分離管柱可組成生物分離儀器。 t施例之謀細說明以下利用各種實施例與參考圖表來敘述本發明，雖然在此是以達到本發明目標的最佳模式說明，不過熟悉此技藝者應可根據本發明，在不悖離本發明精神或範疇的情況

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下加以變化。本發明係揭示一種創新的毛細管電泳（CE)系統，並具有創新的管柱型態，其中來自雷射或LED光源的入射輕射' 被導引穿過檢測區的邊壁（boundary wall)或是分隔管 (separation column)，用來檢測業經分離的待測物 (a n a 1 y t e )。為了說明本發明的原則而非限制本發明的範圍，接下來將以應用CE與輻射誘發螢光的實施例作為泉1^ 考。 …多請參考圖1的生物分離（bio-separation)系統，更明確的說，是一個包含本發明毛細管電泳（capi丨丨ary electrophoresis，CE)系統200 的圖示，CE 系統20 0 — 般包含個毛細管分離管（capillary separation column) 22，外徑大約在200 -500 //m之間，是用做分離通道（separation channel) 36，内徑在 25-200 /zm 之間，分離管22可以用石英、玻璃、聚醯亞胺（p〇lyimide)或其他塑膠/陶瓷/玻璃類材料製成。分離管22的内壁，也就是分離通道36的内壁或可被覆一層材料，用來產生靜電荷，以促進樣本成份的電泳效應、或動電遷移 (electrokinetic migration)現象、或兩者皆有。分離通道 36 内有分離用介質（separati〇rl supportmedium)，可以是流動的緩衝液體，或者是此一行業所熟知的過濾凝膠基質（sieving gel matrix)，凝膠基質可以包含習知的螢光劑（fluorophore) ’ 比如漠乙旋（Ethidium Bromide)。毛細管2 2的一端匯於充有流動緩衝液/凝膠3 4的儲存

第12頁 1273238 五、發明說明（8) 槽28 ’毛細管22的另一端則是連到裝有樣本的小玻璃瓶 -2 6，在此要注意的是，在其他實施例所用的檢測方式也可以用在和CE系統20相似的系統上，同時，分離通道36可以是一筆直的毛細管或是類似本發明中的較佳模式，由微小通道所組成，其中最靠近凝膠儲存槽的開口部分就是檢測區。輻射檢測器24位於在檢測區30毛細管壁的透明區域外，激發光纖（excitation f iber)l 6從輻射源1 8，比如說一 LED或雷射光源延伸過來，並且被導至毛細管壁外的檢測區30，電極（electrode)12與14屬於管柱的組成元件，連 ' 接至緩衝液儲存槽26與凝膠儲存槽28，連成完整的電泳路 _ 為了完整的說明’在此必須簡單提到⑶系統2〇〇的操作，在操作的過程中，業已準備好的生物樣本，比如說從聚合酵素連鎖反應儀（PCR)所取出之DNA樣本被導入毛細管遠離檢測區的一端，導入的方式有很多種，這並非本發明的範圍，例如從儲存槽用動電注入方式或是用高壓幫浦 (syringe pump)打入，而樣本則與螢光劑黏合在一起。當外加1至3 0 K V不等的直流電壓於電極丨2與1 4時，樣本會沿著分離通道36移動，比如說圖1中帶負電的dnA會穿籲過過濾凝膠，帶著染色質/螢光劑（dye matrix/flu〇roph〇re)接近正電極，並分離成幾個樣本成分帶，分離的程度與沿著分離通道3 6移動的距離是由幾個 -因素決定’比如說樣本成份的移動速度，樣本成份的質量與大小’或者是長度，以及分離用介質的選擇等。在分離

第13頁 1273238 五、發明說明（9) 通道（separation channel) 36中分離樣本的力量可以是電泳效應、壓力或者是電逆滲透壓流（EOF)。當樣本抵達檢測區’激發輕射（e x c i t a t丨〇 η rad i at ion)由激發光纖1 6導向檢測區，樣本成份會發螢光，發光強度與個別樣本成份的濃度成比例，也就是與螢光標示物的量成比例。檢測器2 4則是尋找與入射輻射不同波長的光，偵測所放射的螢光強度，所偵測到的放射榮光可以利用已知的方法分析。如果是在一個自動化的系統中，控制器3 2可以控制C E系統2 0 0的運作。多重毛細管管桎的CE系統同時請參考圖2，在這個多通道毛細管陣列中包含1 2 個檢測區30，由管柱體内的微通道36所構成，管柱體基座 (substrate cartridge body)可以用機器製造、或加熱形成、或以光蝕刻的方法，或者是射出成型（丨n j e c t i 〇η molded)，例如說丙烯酸（Aery lie)、PET、聚醚醯亞銨樹脂（Ultem)、Glastic、Fluorosint或其他可透光的塑膠，用來支撐、並連接多通道毛細管陣列至整合光學裝置的v 型溝槽。本發明所指的管柱包含1 2個通道的石英毛細管陣列，長1 6公分，是用來分離與檢測樣本，並且是可丟^、管柱組合中的一部分。當CE系統接上要使用的管柱時了 = 0· 22孔梭（N· α·)的多模石英光纖或塑膠光纖所構成的數光纖，和微通道36整合在一起，被導向檢測區3〇，每個; 道都耦合至一個LED光源，而LED發出的光會透過毛細管^

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的一側’在這個特定的實施例中，微通道/毛細管陣列36 内充有過濾凝膠。圖2所示為根據本發明的一個實施例所設計，内含多通道管柱（multi-channel cartridge)l〇〇的CE 系統200，其中多通道分離管不僅易於操作，同時此一CE儀器的檢測區與檢測光學裝置也相當容易搞合。圖2所示為α儀器 200，也就是DNA分析器的整體透視圖，其中還有12 ^毛細管的管柱。這套完全自動的DNA分析儀器2〇〇擁有一個基座 74 ’用來支撐模組化X —z樣本處理托盤機構8〇，托盤8〇則可移動2個96孔微滴定碟盤7〇與72，和由支撐架164支撐的夕重毛細管管柱1 〇〇相對應，系統2 〇〇的多通道分離管不僅易於操作，同時此一 CE儀器2 0 0的檢測區與檢測光學裝置相當容易耗合。

以下將詳細描述管柱100，簡單來說，管柱1〇〇包含12 f通道的石英毛細管陣列，是用來分離與檢測樣本，並且 ^可丢棄，或者是可攜式、可更換的管柱組合i 〇〇中的一 4分。多通道毛細管陣列包含i 2個檢測區，由管柱丨〇〇内的微通道所構成，圖2中的多通道管柱1〇〇最多可裝載12支 ^細官140，長12至16公分，多通道管柱1〇〇中所有的毛細官140均與其上的緩衝液排放儲存槽124相通，並直接耦合至一個模組化的氣壓幫浦78，氣壓幫浦78以足夠的氣壓，將儲存槽1 24内的過濾凝膠充滿1 2支毛細管，並在此重填的$秋中’將前一次操作所用的凝膠清除。視凝膠的黏度而定’最多可以透過凝膠儲存槽丨24對毛細管14〇施以40

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五、發明說明（11) psi的氣壓，凝膠儲存槽124内建有電極， 12支毛細管，安裝至儀器20 0時，會自 β妾至所有 76，以產生電泳效應。在管柱1〇〇附近的風$南$電源人卻器可以控制管柱的溫度。管柱會留下翰羽虛5 6 ler冷孔，讓空氣循·，而溫度受到控制：：：$風弓丨入&柱，電源供應器66提供⑶系統200所需之率。 …明的一個實施例，圖3所示為ce系統2 00之控制恭32的方塊圖。控制器包含cpu 91〇，而類比/數位轉 =912則是用來轉換由PMT 178傳來的檢測信號成為相對的數位信號，有關PMT 178可見圖13。另外還有1/〇介面 914，接收CPU 910的指令，接收與傳送來自儀器2〇〇各個部份的信號，溫度控制器916控制風扇或PeHier冷卻器，並藉以控制微通道/毛細管陣列管柱1〇〇内的電泳腔至（chamber)溫度。I/O介面914連接至溫度控制器gw，溫度控制器同時控制高壓電源76，達到控制CE儀器2 〇〇的樣本注射與電泳功能，電路921用來調變激發輻射源，如 LED，以及感測器（sensor)、氣壓幫浦、氣閥，還有CE儀器200的X-Z級馬達。CPU 91 0還可進一步連接至外部的個人電腦918，接著個人電腦可進行資料處理，或提供CE系統200額外的控制功能，使用者可透過心“⑽“

Instruments Corporation 的LabVIEWTM 軟體，設計CPU 210或PC 918的控制功能’以控制自動多通道⑽人分析器 2 0 0的各種特點與功能。

第16頁 1273238 五、發明說明（12) 除了 PC 218以外，控制器32的各種元件可以封裝在一個電路板64上，如圖2所示，加上散熱風扇62，透過串列埠連接至PC 218，在此並沒有顯示出pc的位置，或者是獨立於CE系統2 00之外’以分離式的控制器模組構成。Cpu 210及/或PC 218都可經由編程完成CE系統2〇〇的各種控制功能與特點。在一實施例中，PC 2 1 8可用來提供前端面板控制’也就是儀器200的使用者介面，而電路板64可用來

控制時序交錯（time staggered) /時序多工（time multiplex)檢測。根據此處所描述的功能與特點，熟悉此技藝者應該可以導出控制的程式碼。圖2還有一個供儀器 2 0 0使用的A/ C電源濾波/開關68。注射樣本可以靠動電（electr〇kinetic)*法達成，電源供應76可提供〇至20 KV的電場給充滿凝膠的毛細管，以動電方式注射DNA片段與分離DNA片段，12個[〇所需的寬頻光源（FWHM= 47 rim)是由〇·22孔徑（Ν·Α·)、20 0微米核心 =多模石英光纖或塑膠光纖傳送至管柱丨〇〇内每一個毛細官的檢測區’用以激發已經分離的DNa片段。在操作中，樣本處理托盤傳輸機構8〇和96 (8χ12) ，盤是用來將放大後的DNA樣本或待測物（analyte)送至固U小内徑通道36 ’在微通道36内有聚醯亞胺 (Polyimide)的塗層或較小内徑（25 — 1〇〇 #m)的玻璃毛細管22作為分離管。χ —z傳輸機構8〇會將列對著毛細管的尖端，讓毛細管的尖端沒入孔中。的在碟外片電壓的情況下，動電注射（electrokinetic injecti〇n)>

1273238 五、發明說明（13) ---- 已知劑量的DNA樣本加入分離管14〇中，注射過後，的DNA樣本可置換為來自碟盤7〇的流動緩衝液，也就、是說，經過注射後，傳輸機構8〇可以移動一列丨2個孔緩衝溶液的碟盤至管柱下方，取代原來裝有DNA樣本的二列。當外加高電壓至整條毛細管分離通道與微通道36時，可以讓DNA樣本分離為DNA片段，在此所用的電壓最高達 1 00 0 V/cm，一般為300 v / cm，因此讓整條分離通道在 10分鐘以内快速完成分離的動作。總分離長度一直算到檢測區是1 2· 5公分，其中在微通道内的分離毛細管長度大約 6· 5公分，因此高電壓的總作用長度在16至17公分之間。如果以凝膠儲存槽内作為分離與檢測用的單一毛細管來說’這個長度也差不多是一條内徑7 5微米的單一毛細管由底至頂的長度。在電泳效應發生的過程中，DNA片段穿過過濾凝膠的速率與它們的質量成反比，也就是說越小或越輕的DNA片段會比較重或較大的DNA片段速度快，當dna片 &接近分離管2 2的端點並進入檢測區3 〇時，從1 2個LED所傳來的激發光能量會從檢測區外由光纖傳入，照亮來自樣本碟盤72的移動DNA片段，其中LED並未顯示在圖上。當 DNA片段穿過過濾凝膠或直鏈聚合物溶液時，比如說在「Pace Setter」第三卷第一期（1 9 99年4月）中所提到的 PH值7.55，25 mM Mops-Tris溶液，DNA會夾雜混在過濾凝膠内的染料溴乙鍵（Ethidium Bromide)，讓移動的DNA片段可以偵測得到。實驗顯示檢測的靈敏度可以達到丨〇〇 ng/ml，即〇·〇2 ng 的 Haelll digest fX174 DNA 測試溶

第18頁 1273238 五、發明說明（14) 液，比傳統平板凝膠電泳裝置的靈敏度要好上幾個數量級，當12/固LED採用時序分工的方式，取樣頻率從1〇至 100Hz不等，12道放射信號會以時序交錯的方式經由12條放射檢測光纖到達單一PMT，其中丨2條光纖是包裹成單一光纖束的配件。 ^在準備進行不同樣本的檢測前，利用加壓儲存槽把毛細官内所殘留的凝膠清除，並且將毛細管用新的凝膠填 :!2盤乙與72承載的是清洗溶液、廢棄溶⑨與樣本、， Γ二^戶!! ί留的凝膠則是由碟盤70或72承接，也就是把毛二=大端Λ入裝載廢棄溶液的孔列中，毛細管的尖端也 :猎：Ϊ入？當的碟盤孔内，利用水或清洗溶液加以清盤70:7?ΙΙΓΪ新裝滿準•進行下一次的檢測•，再將碟 f =、立重新排列，讓毛細管浸入樣本中。以上所述的：程可以：用控制器的自動功能加以控制。 σ、/ φ^w的是，樣本待測物（ana 1 y t e)從毛細管出二S 儲存槽的量其實不多，而容積濃度與儲存中，所以前-次檢測後所儲存槽略，而且會很均句的上：？在儲存槽的量其實可以忽管，而殘留量所產生：义膠：，下次-併填充入毛細時很容易排除掉 “、雜訊其實相當小，纟資料分析說明：4用至9:: f t裝官柱各部分元件的步驟’在此僅供 ^ 1 〇的上緣有置放激發光纖丨丨6的開

第19頁 1273238 五、發明說明（15) 口126，激發光纖116除穿過開口126外，還被固定在同一地方，在這裏也可以用其他固定的方法。在下部ιι〇的底邊有電極114連接在-起，電極也可以用鑄模的分。圖7中的毛細管140插入孔洞139並被 ¥引至電極114，以-個12支毛細管的f柱來說 =量的激發光纖，也就是24條光纖1備升級為雙波長形悲（dual-wavelength type)的姶制古斗 ,☆ 容納光纖的開口1263與1265可分^放置_^參^圖4’圖中激發光muamm。了刀㈣置毛細㈣G所用的圖5中除了有圖4的管柱下部11〇外，還多加了管柱中 Γ=ν管柱中間部分120經過設計，因此零件132並字。Ϊ1,發7^纖"6或是毛細管14°的路徑，零件132是Ζ 二上二“一般在管柱運作中是處於水平的狀態，零件續_ Λ 管140的孔洞138 ’在後續的圖表中也會 ;二。Π部分120的上緣131是儲存槽的-部分，其中的孔洞1 3 9疋毛細管丨4〇放置的地方。示，間部分120接上管柱下部110後，如圖6所到它們U醯亞胺的毛細管140穿過孔洞139與138，直做為檢制也、、_„口此處被覆的聚醯亞胺會被清除，間;八1 ?固口。鉤％ 1 3 6可用來將毛細管1 4 0固定到管柱中極1°34刀在管柱中間部分120的上緣131有一個通用電 I吊是陽極，用來連接延伸至儲存槽的毛細管。

第20頁 1273238 五、發明說明（16) 圖8所示為管柱與接合在一起的中間部份12〇與下部 110，毛細管從中間部份12〇的頂端一直延伸至下部11〇的 ^部並連接陰極電極114 ’其中毛細管尖端141突出於儲存槽的開口131，圖中並顯示出毛細管的檢測區155。激發光纖116穿過開口126 —直連接至V型溝槽組件15〇，而激發光纖所傳輸的光在此被導向毛細管，此處也可參考圖4所 7f> °

圖9所示為管柱的後方透視圖，管柱的上方有一個開口的緩衝液儲存槽130 ’與所有的毛細管相通，凝膠儲存槽130以〇型環144緊密銜接管柱中間部份12〇，凝膠儲存槽 130的谷量在is cc左右，儲存槽壁可以是透明或透光的，讓使用者可以從兩側檢查凝膠劑量的多寡。凝膠儲存槽 1 3 0連接至模組化的氣壓幫浦7 8，可參見圖2，氣壓幫浦7 8 提供填充過濾凝膠所需的氣壓，用來填充丨2支毛細管，根據凝膠的黏度，最多可以透過凝膠儲存槽對毛細管施以4 〇 PSI的氣壓。管柱丨00在中間部份丨2〇的開口上方有單一的陽極電極134，下部110則有多個陰極電極114，是管柱的一部分配件。凝膠儲存槽140内建有陽極電極134，連接至所有12支毛細管，安裝至儀器200時，也就是dna分析儀，會自動透過彈箐針腳（pogo-pi ns)連接至高壓電源76，以產生電泳效應。市面上可見的南壓電源，比如說Emco，可提供0至20 KV的電場給充滿凝膠的毛細管140，以動電方式注射DNA片段與分離DNA片段。裝載凝膠的儲存槽130可以用氣密的方式與管柱體緊

第21頁 1273238 五、發明說明（17)

您接合’可以讓使用者在拿著管柱時，只要朝著一個方向就不會讓凝膠外洩，由於毛細管内腔内的凝膠屬高黏稠性，再加上表面張力的影響，因此毛細管尖端所外汽的量可以忽略不計。管柱1 0 0有橡皮的膈膜，利用裝置在儀器上t針或是任何銳利的物體穿透，而幫浦78由此提供氣壓給管柱，在每一次檢測後可以用氣壓將凝膠與緩衝溶液填滿毛、、、田：，並且清洗掉刖一次檢測所留下的凝膠，這個方法可以圍堵管柱儲存槽裏面的凝膠，並提供簡單可靠的方法來取用凝膠儲存槽，俟足夠的氣壓將凝膠填滿毛細管後’接著就可以用高電壓產生電泳效應。管柱100也有檢測光學裝置埠161，用來置放檢測探針 (detector pr〇bes)170，如圖Π所示，收集放射光的微鏡片166和彈性透鏡護圈（elast⑽er Uns retainer)l68則是分別穿過檢測光學裝置埠161，管柱在檢測光學裝置埠 161的地方還有快門蓋或多通道孔徑帶（inulti-channei

aperture strip)1 42，孔徑帶142可以是厚約〇 5mm的薄聚酯材料，可以預防塵埃或外物進入集光區域。當包含集光裝置（collection optics)的檢測陣列17〇嵌入管柱時，孔徑1 42將會打開，而當檢測陣列丨7〇與管柱分離時，孔徑 142會再度關閉，快門可以是機械式的蓋子或窗口，在銜接儀器的檢測光學裝置時會打開。圖1 0所不為組裝管柱的最後一個階段，即加上前蓋 1 46與後蓋1 4 8，後蓋上有對著每個偵測光學裝置埠丨6 J的孔洞162，另外在孔洞162之上還有通風孔165，讓冷卻空

1273238 五、發明說明（18) 氣流可以導入管柱，以冷卻毛細管。圖11與圖12所示為管柱100的後視圖124，其中收集放射光的光纖陣列1 7 0有比較清楚的呈現出來，從圖丨2可以看出管柱下部11 〇的前後是對稱的，比如說LED 184a與 184b有如鏡面對稱。圖13為管柱1〇〇的剖面透視圖，其中光學偵測裝置陣列1 7 0的檢測探針1 7 1會透過光纖連接器 174與放射濾波器176耦合至一個光多工器管 (photo-multiplier tube， PMT)178 〇圖1 4所示為管柱1 〇〇和激發系統、放射光學系統的剖面圖。管柱100由支撐架164支撐，管柱在儀器中藉由支撐木1 6 4固疋’並且以機械的方式與l E D模組/其他組件對準’管柱下部110的結構能夠讓透鏡組件（lens barrel)188和管柱内的激發光纖麵合或光學對準。激發系統包括個別連接L E D 1 8 4的微小球面透鏡（m i c r 〇 - b a 11 lense)182，從LED 184所發出的激發光透過激發光纖ii6 傳送至管柱的檢測區1 55，放射系統包含收集放射光的光纖陣列170，係連接到管柱1〇〇的後方122。管柱本身具有可對準的特點，可輕易與儀器2〇〇内的微光學檢測模組對準，光纖檢測陣列1 70與LED陣列1 84都採彈簧式組裝（spring loaded)，這樣可以提供獨立的應力’讓每一個透鏡組件188，比如說LED或光纖套管（fiber ferrule)都能夠可靠地、重複地與管柱對準。管柱採用適當的圓錐狀設計，比如說圓錐狀透鏡座（c〇nical lens seat )1 86，用來承載儀器中的彈簧或附有彈簧的陣列，以

第23頁 1273238 五、發明說明（19) 下將有詳細的說明。鱼發系統圖1 5中的激發系統即圖1 4中的A部分，同時也是圖1 3 中管柱A部分的側面剖面透視圖。激發系統是由支撐架1 64 支撐，要使用時，嵌入圖10的管柱，就形成圖11的樣子，由於激發光纖11 6必須接收光線，並且將光導向毛細管檢測區1 5 5，因此激發系統在設計上就是要讓led 1 84發出的光透過球狀透鏡（ball lens)182進入激發光纖116，激發系統包含球狀透鏡1 8 2、L E D 1 8 4、以及彈簧1 9 〇，以上幾種組件做在透鏡組件188内，另外還有彈簧線圈（coi 1 spring)192、支撐架164、護圈194以及LED接腳（LED lead)l 96。在透鏡組件188内受到彈簧力的LED 184緊靠著球狀透鏡182，靠在支撐架164上的彈簧線圈192，提供透鏡組件1 8 8能夠調整軸心或角度的力量，使得球狀透鏡j 8 2 可以準確地位於圓錐狀透鏡座186的中央，上述兩種應β 讓LED 1 84透過球狀透鏡1 82到激發光纖11 6的路徑更為密合，讓激發光可以在其中通行。 # μ 對每個毛細管來說，管柱1 0 0内有2種波長所用的2 激發光纖116固定對準在靠近檢測區155的位詈，沪9 μ “ ι 廷Ζ條激發光纖搞合至2個LED 184，比如說2種不同的顏色的光· 526 nm與473 nm，當管柱安裝至CE儀器200，也就是DNa八析器時，2種顏色的光可以由PMT模組178内的雙色放射“刀濾波器加以分離與檢測，管柱1 0 0也可以提供單色光光用

1273238 五、發明說明（20) 於DNA片段分析應用，同時也可以升級至雙色光檢測的功-能，用於其他應用，此處可參考於2〇〇1年1〇月19日提出的美國臨時申請案名為「一種可攜式多色光多工電泳分析裝置（A Portable Multi-color Multiplexed Analysis

Electrophoretic Device)」的專利（Att〇rney D〇cket No· ·· 1 03 1 /2 07)，專利權人即為本發明的專利權人Bi〇Cal Technology， Inc·，在此並完整引用做為參考。檢測糸統：同時在2002年1月28日提出申請的美國專利申請案第籲 6 0 / 2 6 4，5 5 3號名為「多通道生物分離系統的光學檢測 (Optical Detection in A Multi-Channel

Bio-separation System)」的專利（Attorney Docket

No· : 1 0 3 1 /2 09 )，專利權人也同樣是本發明的專利權人

BioCal Technology， Inc·，在此已被充分引用，其中對時序交錯/多工檢測方式有更詳盡的介紹，此檢測方法也可以用在本發明中當管枉1〇〇用於CE系統200的情況。圖1 6係圖1 3中管柱B部分的放大圖，圖中所示為檢測或放射的系統。來自光源，比如說LED 1 84的激發光經由激發光纖1 16傳到毛細管140的檢測區155，光纖套管21 〇可 _ 以在激發光纖插入V型溝槽區（V-groove block) 1 50時，提 * 供強化與保護的作用。2條激發光纖11 6可以被導向同一 v · 型溝槽區150，並且從V型溝槽底下的斜角開口將光導出。在較佳的實施例中，每一條激發光纖和一支毛細管排列在

第25頁 1273238 五、發明說明（21) 同一區塊内’而機器製成的V型溝槽用來安放彼此對準的光纖與毛細管，區塊可以是用工具做出硬幣型的零件，或是用射出鑄模的方式製作。還有毛細管和光纖也可以放置在利用打洞機（cross drilled screw machine)打出的間隔孔洞中’這麼一來就不用放置在V型溝槽上。同時請參照圖1 7，當激發光被導至檢測區丨5 5，檢測系統檢測到與激發平面（exc i tat ion plane)呈90度角的放射光或放射的訊號，這時因為放射光纖丨8 〇是在液體或凝膠外’因此可以用準直光學裝置（c〇HimaH〇n 0ptics)來调整放射光線’激發光纖11 6的數值孔徑（N u in e r i c a 1 Aperture)決定檢測區附近的凝膠接收到的光強度，激發光源可以是很便宜的LED 184，或者是雷射，舉凡固態雷射、氣體雷射、染料雷射或其他種類都可以。檢測區内的分離成份或待測物所產生的螢光放射（florescence emission)經由微透鏡16 6與167收集，然後利用放射收集光纖1 8 0傳送給檢測器。球狀透鏡1 6 6與1 6 7中間有一個間隔壁（spacer) 206，毛細管140可以有透明的管壁，或者是不透光的管壁但有窗口將放射光導至微透鏡166與167，透鏡166用來收集放射光，選擇高收集角度特性的透鏡為較佳的選擇，比如說瑞士珠寶公司型號# B2. 00、折射係數為n= 1 · 76的藍寶石微透鏡，就擁有短焦距與高數值孔徑 (numerical aperture，Ν·Α·)的優點。透鏡 167 可以是瑞士珠寶公司的ΒΚ-7微透鏡，能將藍寶石透鏡所產生的準直入射光傳送至放射光纖180，螢光的波長大約在570至

第26頁 1273238 五、發明說明（22) 6 3 0 nm ’比激發光要長’接著由外徑3 了〇 _、〇 · 2 2 n a，或· 是外徑在100至1 0 0 0 _之間、〇12至〇 5 NA的大核光纖 (large core fiber) 180傳送至檢測器，檢測器可選用 Hamamatsu PMT。在經過可分離色光（例如57〇至 630nm)的光放射遽波器（i〇ng pass emission filters) 後，放射k號被放射光纖1 8 〇轉送至檢測模組，亦即pM τ檢測器178，在此通過單一或多個放射濾波器176，並且利用時序多工或時序交錯的方式讀取，檢測光纖18〇可以參照圖13所述的檢測光學裝置，可以有更充分的了解。、在此還要注思的是檢測區不需要是一個精確定義的區域，有精=的界限，這需視物質本身、入射輻射以及放射的榮，而疋’檢測區通常是一個讓激發光纖將光導入以造成勞光放射的區域’而檢測光學裝置是用來捕捉部份的螢光放射激發光纖所傳來的光可能會在檢測區外引起螢光放射，、而偵測區内的部份螢光也有可能不會被偵測到，激發光纖越接近檢測區，或者是激發光的強度越高，所收集到的放射信號就會越強。在本發明所揭示的多毛細管CE裝置中，螢光激發光源可以選擇超高亮度的藍光或綠光LEI)，採用LED的優點是它們的成本低、尺寸小、使用時間長、強度高、雜訊低，以及可直接電子調變光強度。本發明所採用的LEI)是以InGaN 製程技術製成，例如安捷倫公司的HLMp —CB1 5與 HLMP-CM15 ’平均光輸出功率在2·5至3 mW之間。由InGaN 衣私LED所顯示的尖峰波長（peak waveiength)與半波長

第27頁 1273238 五、發明說明（23) (half width)頻譜可看出，這類LED可用來激發螢光激發頻譜在44 0至57 0 nm、頻率在1 Hz至1〇〇 MHz的材料，如榮光素（fluorescin)、色素（rhodamine)、演乙錠（Ethidium Bromide)以及thiazol orange等。由於這類LED的反應時間相當快’大概在數百個n s左右’因此可施以較高的正向電流（forward currents)脈衝，在脈衝模式下可達1〇〇 fflA，如此可達到局輪射峰值，通常電晶體驅動電路可以讓 LED在脈衝模式下操作，大的驅動電流脈衝如果採用低工作週期（比如5%、10%、25%或50% )，可以達到比直流操作南很多的LED峰值強度。不同色光如藍色或綠色的L E D可以當作激發光源，激發不同的螢光劑’也就是不同的應用。在較佳實施例中是採用波長範圍在500至600 nm的LED，特別是524 nm的 L E D ’在現有設計中可以加入第二個l E D模組，或第二種色光的LED，用作雙波長偵測光學裝置，透過丨條或2條光纖將2個波長傳送至微通道，現有的偵測/分離平台可以擴充為使用雙LED模組的裝置，而激發與收集用光學裝置可以加入弟一個Ρ Μ T，用作多波長的螢光>f貞測j) n a片段貞測器 (multi-wavelength fluorescence detection DNA fragment detector) ° 激發光源不一定要是led，也可以是雷射二極體 (Laser Diode， LD)，亦即半導體雷射，另外也可以是固態雷射、氣體雷射、光纖雷射等脈衝雷射，使用LED，例如524nm綠光LED的主要原因是在於低成本、高亮度與小封

第28頁 1273238 五、發明說明（24) 裝尺寸，表面黏著（SMT)類型的LED可以用光纖耦合或直接接合的方式連接毛細管，將激發光打到待測物上，另外 LED也可以利用波長範圍在4〇〇至8〇〇 nm之間的雷射二極體代替。熟悉此技藝的人士將可了解，運用本發明精神的儀器也可以用在其他的生物片段分析（bi〇m〇lecuier ajialys is)上’舉例來說，改變分離凝膠或緩衝液，這套系統可改為分析蛋白質、碳水化合物以及脂質（iipid)等生物片段。而運用數個本發明中所提的多通道管柱，不同的緩衝液/凝膠、毛細管等，也就是特定的緩衝液/凝膠搭配特=内壁塗層（interna 1 wa 1 1 coat ing)和管柱大小 ϋ t細官’就可用替換的方式滿足不同樣本分離應用和操二况的而求’達到不同程度的分離、型態、速度或解析 =，同樣的管柱還可以留下來，供下一次操作時使用。 ^二知的CE系統相較，採用本發明的“系統200的準備時丑很夕因為分離管（separation column)、分離介質 'edium)，或至少需要與毛細管對準的積測 Trt " 15已經裝在管柱内，使得管柱可重複使用，降低與摻雜ί =成本。另外由於凝膠介質(以1㈣打⑴ 因此也是不伊的related dye)被氣密式密封在管柱内，物新 a 1展保產品。螢光劑與凝膠可能會含有κ # :以是康或環境有害的物質，所以把以透過浐仅=起來就方便得多，而且比較安全。管柱可衣保處理的方式收集或丟棄，或者是用回收的方

第29頁 1273238

;:由熟練的技術人員更換耗用品與更新，以免有害環以非可移便，可的，具入CE系超過12 響到檢一項優比，採忽略。此自動化、模組化、内動性零件的多通道管柱方2予、自行對準以及採用靠，並可達到高“ = 相當的簡有已預先對準分離通道的二0本身是獨立統2〇〇中，此外，此箱夕、s予裝置，可以輕鬆的置 . 甘夕通道檢測方式可以延伸至個、甚至N個檢測通道，例 ^ J以I伸至測的靈敏度，此一時序夕96個通道，而不會影點，^ a e f \夕工型式檢測方法還具有另 :i卩就疋和其他任何高輸出的LIF檢測方式相用這種方法的頻道間沒有串訊（cr〇ss tau)或可以在以上所述的實施例中的多輻射源都是利用相同的波長，但是在不違背本發明的範疇與精神下，本發明也可使用不同波長的多輻射源，用以支援特定的樣本、或是各種檢測樣本的應用’或者不同毛細管内的凝膠化學反應。導入檢測區的入射輻射或檢測區輸出的輻射放射都可以沿著分離介質軸向地前進，另外還可以採用加寬的檢測區。請參考美國專利申請案第09/88 7, 871號名為「採用軸心輻射輸入的光學偵測生物分離裝置（0ptical Detection in Bio-separation Device Using Axial Radiation Input)」，美國專利申請案第09/887, 953號名為「採用軸心輻射輸出的光學偵測生物分離裝置（Optical Detect ion in Bio-separation Device Using Axial Radiation

五、發明說明（26)

Output)」，以及美國專利申請案號名「抓用加見檢測區的光學偵測生物分離裝置 Detection in Bio-separation Device Using a Widened)」，上述專利申請案均於2〇〇l年6月22日提專利權人即為本發明的專利權人Bi〇Cal Techn〇i〇gy Inc·，在此完整引用做為參考。，，#與if:所揭示的低成本儀器擁有可丟棄/回收的多通 ^e °又以及螢光偵測系統、内建的樣本處理碟盤， ί此ί ϊ:?孔的碟盤機構’因為管柱大多數零件都可以回或使用，唯一需要替換的是毛細管與凝膠，經由實驗顯示，以每12個通道計，樣本分析時間大約在4 ^10分鐘，所以這個DNA分析系統可說是高輸出的工作機台，從注射、檢測到收集片段的資料都可以一手包辦，提供凡：的DNA片」又分析。採用本發明中所述的檢測方法來檢測單-毛細管的靈敏冑’可以測狀Q2 ng的賴片段的水準、’其中使用的是HaeIII digest fX174噬菌體DNA測試此口液77離時P㈢小於！〇分鐘。這種以j 2個微通道/毛細管平行處理的：法可以在1〇分鐘内得到所㈣個電泳分離樣本的結果，種方法的分離速度與檢測靈敏度優於傳統用平板凝膠電泳技術幾個數量級。本發明已經利用上述各種不同的實施例加以説明，不過熟悉此技藝者應當了冑，在不恃離本發神下，可以對此發明做各種修飾與修改，舉例來說，激發轉射源可以疋LED、半導體固態雷射如雷射二極體、脈衝雷射如固 1273238 五、發明說明（27) 雷射、氣體雷射、染料雷射以及光纖雷射等，或者是其他的輻射源。LED如524nm綠光LED具有低成本、高亮度以' 及小封裝尺寸等優點，其他可適用於本發明的較便宜光源有可見光、U V或紅外線的雷射二極體，舉例來說，波長範圍在40 0至90 0nm，特別是40 0至6 00之間的雷射二極體也可適用。熟悉此技藝的人士將可了解，運用本發明精神的儀器也可以用在DNA分析以外其他的生物片段分析 (biomoleculer analysis)上，舉例來說，改變分離凝膠或緩衝液，這套系統可改為分析蛋白質、碳水化合物以及脂質等生物片段。基於說明而非限縮的精神，檢測方法雖以毛細管電泳與輕射誘發的螢光檢測做為說明，但是本發明也可以應用在除了電泳外的其他生物分離現象來檢測待測物，而其他可取代螢光放射的輻射放射方法，比如說磷光 (phosphorescence)、冷光（luminescence)、化學發光 (chemi luminescence)都可用上，另外偵測方法還有吸光度（absorbance)偵測 ° 除此之外，在實施例中所提到的分離通道雖然是圓柱型的管子’但在此必須注意的是，以開放通道形成的分離通道同樣可以應用在本發明中，舉例來說，對微流體類 (micro-fluidics type device)裳置或生物晶片 (bio-chip)的基座蝕刻出微小通道來使用。傳輸機構可用來水平移動托盤，而額外的傳輸機構可

第32頁 1273238 五、發明說明（28) 用來垂直移動管柱，以便接近托盤。最後，以上所揭示的說明僅能作為參考，而本發明的範圍應視以下的申請專利範圍而定。

第33頁 1273238 圖式簡單說明為了更進一步了解本發使用模式，請參照接下來的、寺性/、優點，以及較佳的來的圖表中並以數字桿：盥：:田s兄明與相關圖纟’在接下圖工 <系繪示具體呈;相稱或相似的零件。圖2係根據本發明的一個杂二官電冰系統。泳系統/機器的透視圖。^體貝鈿例繪示的毛細管電圖3係控制系統的圖表。圖4係管柱下部與激發光纖的透視圖。圖5係管柱中間部份尚未視圖合時的透視圖。 ” 6未與官柱下部以及激發光纖接透視】U &柱中間部份與管柱下部及激發光纖接合後的圖7係圖6在結合管柱中門圖圖，其中毛細管尚未接與下部後的前方透視圖8係g柱中間、下部以及毛細管接合後的前方透視圖圖9係管柱中間部》、下部與凝膠儲存槽的後方透視圖1 0係係管柱中間部价 _ .. 視圖 &山mr间4伤、下部與凝膠儲存槽的前方透，其中逛有前後的蓋子。圖11係管柱加入檢測光學裝置的前方透視圖。 2 1 2係圖11官柱的前方剖面透視圖，其中有激發放射光學系統。圖1 3係管柱的剖面透視圖與偵測系統的圖示。 1273238 圖式簡單說明圖1 4係管柱加上激發與放射光學系統的前方剖面透視圖。圖1 5係圖1 4中A部分的放大圖，以及圖1 3中管柱A部分的剖面透視圖。圖1 6係圖1 3中管柱B部分的剖面透視圖。圖1 7係檢測區與透鏡、探針、毛細管以及激發光纖的剖面透視圖。圖示元件符號說明

12 電極 144 0型環 14 電極 146 前蓋 16 激發光纖 148 後蓋 18 輻射源 150 V型溝槽組件 22 玻璃毛細管 155 檢測區 24 輻射檢測器 161 光學裝置埠 26 緩衝液儲存槽 162 孔洞 28 凝膠儲存槽 1 64 支撐架 30 檢測區 165 通風孔 32 控制器 166 微透鏡 34 凝膠 167 微透鏡 36 微通道 1 68 透鏡護圈 62 散熱風扇 1 70 光纖檢測陣列 63 冷卻器 171 探針第35頁 1273238 圖式簡單說明 64 電路板 1 74 光纖連接器 66 電源供應器 176 放射濾波器 68 開關 1 78 光多工器管 70 碟盤 180 光纖 72 碟盤 182 微小球面透 74 基座 184 LED陣列 76 電源供應 186 透鏡座 78 氣壓幫浦 1 88 透鏡組件 80 傳輸機構 190 彈簧 100 管柱 192 彈簧線圈 110 管柱下部 1 94 護圈 114 陰極電極 196 LED接腳 116 激發光纖 200 CE系統 120 管柱中間部分 206 間隔壁 122 管柱後方 210 CPU 124 緩衝液排放儲存槽 910 CPU 126 開口 912 類比/數位4 130 緩衝液儲存槽 914 I / 0 介面 131 上緣 916 溫度控制器 132 零件 918 個人電腦 134 陽極電極 921 電路 136 鉤環 116a 激發光纖 138 孔洞 116b 激發光纖 139 孔洞 126a 光纖開口

第36頁 .'a. · ,.ν^ Λ ι1· Γ> :Η Π 1273238

圖式簡單說明 14 0 毛細管 126b 光纖開口 141 毛細管尖端 1 84a LED 142 多通道孔徑帶 184b LED

IBBI 第37頁

Claims

127^¾S' fTL 个年(〇月y a像(更)正本j

_案號 9110140 六、申請專利範圍 1· 一種用於生物分離（bio- separation)之多通道管检 (multi-channel cartridge)，該管柱包含：一主體；複數個毛細管分離通道（capillary separation channel)，供裝載待測物（analyte)，該毛細管分離通道係由該主體中之實體側壁定義並彼此分離，其中該待丨則4勿、受限而僅於實體側壁間移動； _ 一主體内的腔室（chamber)，該腔室定義一儲存槽 (reservoir)，與毛細管分離通道之間有通用的液體 (f 1 u i d )流，該腔室内有分離用介質，可以在管杈朝著任 m 何方向放置時防止外漏的情形；以及内建光學裝置（optics)，係整體地支撐於該主體中，校準該内建光學裝置係根據每一毛細管分離通道之一區域以定義之一檢測區，供作最少一個入射輻射與輻射輸出。 w

2·如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，該管柱具有至少一項下列特徵：可攜性（portable)、可回收 (recyclable)、可重複使用（reus able)以及可與其他管柱置換（interchangeable)的能力’其中管柱可擁有不同的分離用介質（separation support medium)或不同的毛細管分離通道。 3·如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，更進一步包含一個以電子連接至該儲存槽的電極（electrode)。

1273238 案號 91101408 + 9V〇. 2, 修正六、申請專利範圍 4. 如申請專利範圍第3項所述之多通道管柱，其中每一毛細管分離通道包含一更遠的電極，該更遠的電極以電子連接至其一端，該端為遠離儲存槽之一端。 5. 如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，其中該光學裝置包含沿主體連接一端至毛細管分離通道的光纖。 6. 如申請專利範圍第5項所述之多通道管柱，其中該光學裝置進一步包含光纖的另一端沿主體定位耦合至外部輻射源。 7. 如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，其中該主體包含可分別置換之毛細管柱（capillary column)，係定義毛細管分離通道之實體側壁。 8. 如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，其中分離用介質包含一凝膠（gel)。 9. 如申請專利範圍第8項所述之多通道管柱，其中該凝膠係為適用於毛細管電泳（capillary electrophoresis)的凝膠類型。 10. 如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，更進一步包

4LIULAW0201TW-替換頁 102306 · pt c 第39頁 1273238 案號 91101408 年 95· 脊2; 曰修正六、申請專利範圍含一導引壓縮空氣進入儲存槽的介面，用以清洗分離通道，以及填充分離用介質至毛細管分離通道。 1 1. 一種生物分離系統，包含：一基座；一用於生物分離的多通道管柱，該多通道管柱由基座支撐，包含：一主體；複數個毛細管分離通道，該毛細管分離通道係由該主體中之實體側壁定義並彼此分離，每一個分離通道定義一檢測區，其中待測物受限而僅於實體側壁間移動；一位於主體内之腔室（chamber)，該腔室定義定義一儲存槽（reservoir)，與分離通道之間有通用的液體 (fluid)流，該腔室内有分離用介質，可以在管柱朝著任何方向放置時防止外漏的情形；内建光學裝置（optics)，係整體地支撐於該主體中，校準該内建光學裝置係根據每一毛細分離通道之一區域以定義一檢測區，供作最少一個入射輻射與輻射輸出；一定位機構，根據該多通道分離管柱定位被支撐於一水平面之一樣本（samples)容器，以使該分離通道與該容器間有液體的交流，一分離機構，在分離通道内讓樣本產生生物分離的效果；以及一控制器，控制該定位機構及該分離機構的運作。

4LIULAW0201TW-替換頁-102306. pt c 第40頁 1273238 案號 91101408 年孤掸23曰修正六、申請專利範圍 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之生物分離系統，更進一步包含：一輻射源，將輻射導引至檢測區；以及一檢測器，用以檢測來自檢測區的輕射。參 1 3.如申請專利範圍第11項所述之生物分離系統，其中該分離機構包含一電泳（electrophoretic)機構，在分離通道内讓樣本產生電泳分離的效果； 1 4,如申請專利範圍第1 1項所述之生物分離系統，更進一步包含壓力機構，加壓該儲存槽以清洗與填充分離通道。 1 5.如申請專利範圍第1 1項所述之生物分離系統，其中該主體包含不連續之毛細管柱，係定義分離通道之實體側后奢〇 1 6. —種生物分離系統，包含：一容器，支撐樣本於一水平面；一用於生物分離的多通道管柱，包含：一主體；複數個毛細管分離通道，該毛細管分離通道係由該主體中之實體側壁定義並彼此分離，每一個分離通道定義一檢測區，其中待測物受限而僅於實體側壁間移動；

4LIULAW0201 TO-替換頁-102306. pt c 第41頁 1273238 案號 91101408 年肱押日修正六、申請專利範圍一位於主體内之腔室，該腔室定義一儲存槽，與分離通道之間有通用的液體，該腔室内有分離用介質，可以在管柱朝著任何方向放置時防止外漏的情形；以及一定位機構，根據該多通道分離管柱定位樣本容器，以使該分離通道與該容器間有液體的交流；以及一控制器，控制該定位機構的運作。 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之生物分離系統，更包含：一輻射源，將輻射導引至檢測區；以及一檢測器，用以檢測來自檢測區的輻射。 1 8.如申請專利範圍第1 6項所述之生物分離系統，更包含一分離機構1 2 3 4包含一電壓源提供一電位以致電泳分離於該分離通道中之樣本。 1 9.如申請專利範圍第1 6項所述之生物分離系統，更包含一壓力機構，加壓該儲存槽以清洗與填充該分離通道。

4LIULAW0201TW-替換頁-102306. pt c 第42頁 1 0.如申請專利範圍第1 6項所述之生物分離系統，其中該 2 多通道管柱更包含整體地支撐於該主體中之内建光學裝 3 置，其校準係依據該檢測區，供作最少一個入射輻射與輻 4 射輸出，及電性偶合至該儲存槽之一電極。 1273238 _案號91101408_年沾·坶23日__ 六、申請專利範圍 2 1.如申請專利範圍第1項所述之多通道管柱，其中每一毛細管分離通道具有一第一端與該儲存槽進行液體交流，及一第二端自該儲存槽向外延伸，且其中該檢測區較靠近該第一端而非該第二端。 22.如申請專利範圍第21項所述之多通道管柱，其中該毛細管通道之該第二端開啟，以使一樣本經由該第二端輸入° 2 3.如申請專利範圍第8項所述之多通道管柱，其中該凝膠包含一成分，係允許該儲存槽中之新鮮凝膠取代該毛細管分離通道中之已使用過之凝膠。

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