TWI354547B - Continuous testing device and continuous testing s - Google Patents

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TWI354547B
TWI354547B TW097115988A TW97115988A TWI354547B TW I354547 B TWI354547 B TW I354547B TW 097115988 A TW097115988 A TW 097115988A TW 97115988 A TW97115988 A TW 97115988A TW I354547 B TWI354547 B TW I354547B
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Description

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TW4255PA 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種檢測裝置及檢測系統，且特別是 有關於一種連續式之檢測裝置及檢測系統。 【先前技術】 一般常見之醫學檢測方法，係藉由抽血的方式來進 行，例如利用抽血來進行病患血糖濃度、血球數量或肌鈣 蛋白（troponin )之濃度的檢測。例如檢測血糖漢度時，係 於抽血之後利用光電原理或是電化學原理之家用型血糖檢 測儀器進行檢測；或者於醫療中心中，利用離心機或大型 生化分析儀器，將血球、血清分離之後進行檢測。 然而目前血糖與血清之相關檢測設備，皆需要先獨立 進行抽血的動作，接著再將檢體移至檢測設備中進行分 析。檢測人員係根據檢測結果進行相對之處置手段，例如 施打胰島素等動作。此種手動檢測的方式不僅耗時，並且 無法立即針對病患的狀況進行處置。此外，在檢體移動的 過程中，檢體容易受到外界物質的污染；再者，若檢體具 有高度生化污染性時，係大大增加了檢測人員受到感染的 機會。另外，一般市面上常見之檢測設備，係應用例如離 心機分離或者毛細分離等血球分離技術，其係具有血球容 易破裂導致溶血現象，以及血球分離不完全等缺點，如此 係影響檢測結果甚鉅。再者，由於許多病症均需要長時間 定時進行檢測，傳統手動之檢測方法需要對於病患重複用 7 1354547
* I
TW4255PA 括一連續式檢測裝置以及一投藥單元。連續式檢測裝置包 括一第一晶片、一訊號源及一第二晶片。第一晶片包括一 分離單元及一反應單元。分離單元用以分離目標物及流體 中之一非目標物。反應單元用以使分離出非目標物之流體 與一試劑進行反應。訊號源用以提供一訊號通過與試劑反 應之流體。第二晶片設置於第一晶片之一側，並且包括一 訊號轉換元件及一處理單元。訊號轉換元件用以接收通過 流體之訊號，並依據訊號輸出一電性訊號。處理單元用以 • 根據電性訊號取得目標物之濃度。投藥單元耦接於處理單 元，用以根據目標物之濃度調整一投藥濃度或一投藥頻率。 為讓本發明之上述目的、特徵以及優點能更明顯易 ' 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明 • 如下： 【實施方式】 ^ 依照本發明較佳實施例之連續式檢測系統，係整合用 以分離流體中目標物及非目標物的分離單元以及用以使流 體與試劑進行反應的反應單元於第一晶片上，並且整合訊 號轉換元件及處理單元於第二晶片上。當流體經由分離單 元分離出非目標物之後，係可直接於第一晶片上與試劑進 行反應，並藉由訊號轉換元件接收通過流體之訊號，進一 步取得目標物之濃度。如此可連續地得到目標物之濃度資 訊，並根據目標物之濃度即時地進行相對應之處理程序。 以下係提出第一及第二實施例進行詳細說明，此二實施例 9 1354547
TW4255PA 僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。 此外，實施例中之圖式係省略不必要之元件，以清楚顯示 本發明之技術特點。 第一實施例 請參照第1圖，其繪示依照本發明第一實施例之連續 式檢測系統之示意圖。連續式檢測系統200主要係包括一 連續式檢測裝置100，其係用以檢測一流體中之一目標物 • T1之濃度。連續式檢測裝置100包括一第一晶片110、一 訊號源130以及一第二晶片120。第一晶片110包括一分 離單元113及一反應單元115。分離單元113用以分離目 標物T1及流體中之一非目標物T2。反應單元115用以使 -分離出非目標物T2之流體與一試劑進行反應。訊號源130 用以提供一訊號S通過與試劑反應之流體。第二晶片120 設置於第一晶片110之一側，包括一訊號轉換元件（signal • transducing element) 123及一處理單元125。訊號轉換元 件123用以接收通過流體之訊號S，並且依據接收之訊號 輸出一電性訊號。處理單元125用以接收電性訊號，並且 根據電性訊號取得目標物T1於流體中之濃度。另外，連 續式檢測系統200更包括一投藥單元180，其係耦接於處 理單元125，用以根據目標物T1之濃度調整一投藥濃度或 者一投藥頻率。連續式檢測系統200利用分離單元113自 流體中分離出非目標物T2，係可提升檢測目標物T1濃度 之精確性。接著，流體與試劑係直接在反應單元115中進 1354547
TW4255PA 行反應，並即時進行目標物T1濃度之檢測，可縮短檢測 時間，使得投藥單元180可立即依據目標物Τ1之濃度進 行對應之調整動作。 更進一步來說，第一晶片110具有一主流道（main fluidic channel) 110a，其係連接分離單元113及反應單元 115，用以移送流體。主流道110a係於第一晶片110之一 侧邊形成一流體入口 ll〇c，含有目標物T1及非目標物T2 之流體，係由流體入口 110c移送進入連續式檢測裝置100 • 中。分離單元113例如包括一電極組113a，其係設置於主 流道110a之兩側，用以於流體中產生一介電泳力 (dielectrophoretic force，DEP force)，以分離流體中之目 標物T1及非目標物T2。此外，本實施例之分離單元113 -除包括前述電極組113a之外，更可包括一光學鑷夾（optical tweezers ) 113b，用以提供一聚焦光線L於流體，聚焦光 線L可為一雷射光束。當聚焦光線L射向流體時，利用聚 ^ 焦光線L之光子動量的轉移，提供作用力於流體中之目標 物T1及非目標物T2。光學鑷夾113b係藉由聚焦光線L 的波長、強度分佈、聚焦角度以及目標物T1及非目標物 T2之形狀、折射率及吸收率等特性，改變目標物T1及非 目標物T2之移動方向，藉以分離目標物T1及非目標物 T2。關於光學鑷夾113b之運作原理，係為相關技術領域 中具有通常知識者所熟知，此處不再加以贅述。如第1圖 所示，依照本發明實施例之連續式檢測系統200中，分離 單元113係同時包括電極組113a及光學鑷夾113b，藉以 11 1354547
TW4255PA 有效地分離流體中之目標物T1及非目標物T2。然而，於 不同之實施方式中，分離單元113中係可擇一設置電極組 113a於主流道ll〇a兩側’或者應用光學鑷夾n3a，作為 目標物T1及非目標物T2之分離機制。另一方面，分離出 之非目標物T2可移送離開第一晶片丨1〇，以依照需求進行 儲存或廢棄。 另外一方面，本實施例之反應單元115包括至少一反 鲁 應室115a及多條微流道115b，此處反應單元115係以包 括多個反應室115a來進行說明。此些微流道u5b係連通 主流道110a及此些反應室115a，通過分離單元in後之 流體經由此些微流道115b進入此些反應室115a。此些反 應室115a用以容置流體及試劑，使流體及試劑進行反應。 •與試劑反應後之流體接著進行目標物T1濃度之檢測。本 實施例中，試劑係可例如是經由一試劑傳輸單元（圖式中 未繪示）移送進入此些反應室115a中。第一晶片11〇可為 _ 一半導體晶片’此些反應室115a及此些微流道U5b係可 藉由一黃光蝕刻（photolithography)製程形成於第一晶片 110上。此外，第一晶片110另可包括一廢液容置槽110b， 連通此些微流道115b，並且設置於反應單元115之後方， 用以容置反應後、檢測後之流體及試劑。此廢液容置槽 110b係可於形成此些反應室115a及此些微流道115b之黃 光银刻的步驟中同時形成。請參照第2圖，其繪示第1圖 中沿A-A’線之剖面圖。反應室ii5a較佳地具有足夠之空 間以使流體及試劑於反應室H5a中之滯留一段時間，使得 12 1354547 • .
TW4255PA 流體及試劑可充分反應。另外，此些反應室115a之大小， 以及反應室115a與微流道115b之連接方式，係可依照不 同之需求進行設計，本實施例係不加以限制。此外，進入 反應室115a之流體已分離出非目標物T2，可避免非目標 物T2干擾目標物T1濃度之檢測，提升檢測之精確性。 此外，本實施例中訊號源130可為一發光元件，例如 發光二極體，通過與試劑反應之流體的訊號S例如是一光 線訊號，訊號轉換元件123例如是一光電轉換器 (photo-electro transducer )。實際應用上，第一晶片 110 對應於反應室115a之處係為透光材質，當發光元件朝向反 應室115a發射光線訊號時，此光線訊號係穿透通過反應室 115a中之流體及第一晶片110，並且投射於光電轉換器。 光電轉換器係偵測經由流體進行光吸收反應後之光線的強 度或顏色，並且據以輸出電性訊號至處理單元125。處理 單元125係根據電性訊號運算取得流體中目標物T1之濃 度。本實施例中，第二晶片120可例如是一半導體晶片， 訊號轉換元件123及處理單元125係可經由一整合半導體 製程形成於第二晶片120上，相對簡化連續式檢測裝置100 之製程步驟，以提升製程效率並降低成本。 連續式檢測裝置100另包括一殼體140，第一晶片 110、訊號源130及第二晶片120均設置於殼體140内，如 第1圖所示。值得注意地是，本發明之實施例中，第一晶 片110係以可抽換之方式設置於殼體140内，使連續式檢 測裝置100可藉由抽換第一晶片110來進行不同流體檢 13 1354547 * »
TW4255PA 測，避免不同流體間交互污染的問題。此外，連續式檢測 裝置100更可包括一電池129，耦接於訊號源130及第二 晶片120，用以提供一電勢能至訊號源130及第二晶片 120。電池129可例如是設置於殼體140内，使得連續式檢 測裝置100不需外接電源即可運作。 再者，連續式檢測系統200可另包括一顯示單元190, 耦接於處理單元125,用以根據目標物T1之濃度顯示一檢 測結果畫面，讓使用者可輕易得知檢測之情形，提升使用 之便利性。 以下係將本發明第一實施例之連續式檢測系統200， 以應用於檢測血液中之葡萄糖濃度為例進行說明。受測者 之血液係經由一檢體傳輸單元（例如抽血針筒），移送進入 連續式檢測裝置100之第一晶片110，檢體傳輸單元連接 於受測者及流體入口 ll〇c。血液接著經由主流道110a移 送至分離單元113，藉由分離單元113將血球（非目標物 T2)自血液中分離。含有葡萄糖（目標物T1)之血清接著 移送至反應單元115。於反應單元115中，血清係由微流 道115b移送至反應室115a中，血清中之葡萄糖分子係於 反應室115a中與試劑進行反應。反應室115a較佳地具有 足夠之容量，使葡萄糖與試劑於反應室115a中滯留一段時 間，以進行充分反應。接著，例如是發光二極體之訊號源 130係提供光線訊號穿過反應後之血清，以進一步藉由血 清之光吸收反應檢測葡萄糖之濃度。訊號轉換元件123係 接收通過血清後之光線，並且根據光線之強度輸出電性訊 1354547 * .
TW4255PA 號至處理單元125。處理單元125根據電性訊號進行比對 以及運算，以取得葡萄糖之濃度。顯示單元190係依據處 理單元125取得之葡萄糖濃度顯示檢測結果晝面，使得檢 測人員得知葡萄糖濃度是否正常。更進一步地，投藥單元 180係依照處理單元125取得之葡萄糖濃度，調整注射至 受測者之藥物之濃度以及注射藥物之間隔時間，以對應調 整受測者之血糖濃度。另一方面，檢測完畢後之血清接著 移送至廢液容置槽ll〇b，以儲存於連續式檢測裝置100 • 中，避免血清離開連續式檢測裝置100，可降低感染及污 染的危險性。此外，當進行另一受測者之企液檢測時，僅 需將第一晶片110自殼體140中抽出，並更換為另一第一 ' 晶片至殼體140内，如此係可避免交互感染以及檢測檢體 • 錯誤之現象。 上述利用本發明第一實施例之連續式檢測系統200檢 測血糖濃度之方式，係可定時定量且連續地自受測者取得 ^ 檢體，以無須離線處理之方式直接進行血糖濃度之檢測， 並可即時由投藥單元180調整投藥濃度及投藥頻率。其係 具有不需重複用針、快速檢測血糖濃度、提升檢測精確度、 免除外界污染以及避免血液感染等優點。上述依照本發明 第一實施例之連續式檢測系統200係以應用於檢測血液中 之葡萄糖濃度為例進行說明，然而本發明實施例之技術係 不限制於此。本實施例之連續式檢測系統200亦可應用於 其他化學物質、醫學檢體、生物檢體或其他具有連續長時 間檢測需求之流體的檢測。 15 1354547 « » TW4255PA 第二實施例 本實施例之連續式檢測系統與上述依照本發明第一 實施例之連續式檢測系統，不同之處主要在於第一晶片之 設計方式，其餘相同之處係省略不再重複贅述。 明參照第3圖，其繪示依照本發明第二實施例之連續 檢測系統之示意圖。連續式檢測系統400包括一連續式檢 測裝置300以及一投藥單元38〇。連續式檢測裝置3〇〇包 • 括一第一晶月310、一訊號源33〇及一第二晶片32〇。第— 晶片310包括一分離單元313及一反應單元315。分離單 元313用以分離流體中之目標物T1及非目標物Τ2，並且 包括一電極組313a或一光學鑷夾31孙，或同時包括電極 ，組313a及光學鑷夾313b。於較佳之實施方式中，反應單 兀315包括至少一反應通道3l〇d，反應通道31〇d之兩端 分別接收流體及試劑’且藉由一電濕效應（electr〇wetting φ effect)控制流體及试劑進入反應通道31〇d内以進行反 應。訊號源330用以提供—訊號s，通過與試劑反應之流 體，訊號S’可為一光線訊號，且其係通過位於反應通道 310d中之流體及試劑。第二晶片32〇包括一訊號轉換元件 323、一處理單元325及一波形產生器（functi〇n呂⑶沉的沉） 327。波形產生器327用以提供一波形訊號至反應通道 310d，使反應通道31〇d可產生電濕效應。此外，波形產生 器327更可提供波形訊號至電極組313a，以針對不同之非 目標物T2改變介電泳力之大小及模式（pattern)。 1354547 · _
• I
TW4255PA 更進一步來說，反應通道310d例如是與第一晶片310 之一主流道310a及一廢液容置槽310b，於相同之黃光蝕 刻製程中形成於第一晶片310上。另外，第一晶片310上 更具有一試劑移送流道310e，試劑移送流道310e之一端 係連接一試劑槽（圖式中未繪示），用以移送試劑進入第一 晶片310 ;試劑移送流道310e之另一端係連接反應通道 310d。反應通道310d係利用電濕效應改變其側壁親疏水性 質，藉以控制主流道310a中流體以及試劑進入反應通道 • 310d中進行反應。另一方面，藉由反應通道310d之電濕 效應，更可使反應通道310d中之流體及試劑形成一聚焦液 滴，用以將光線訊號聚焦，係可提高訊號轉換元件323接 ' 收訊號S’之準確性，並且可節省進行檢測之流體及試劑之 • 用量。 另外，本實施例之連續檢測系統400係連接至一外部 電源E，用以提供穩定之電勢能至電極組313a、光學鑷夾 ^ 313b、訊號源330及第二晶片320。再者，連續式檢測裝 置300另可包括一殼體340，第一晶片310、訊號源330 及第二晶片320係設置於殼體340内。此外，連續式檢測 系統400另可包括一顯示單元390，用以顯示檢測結果畫 面。 上述依照本發明第一及第二實施例之連續式檢測系 統，將分離單元及反應單元整合至單一晶片上，係可減小 檢測裝置之體積，並且利用連續式之檢測方式，可持續得 到目標物之濃度資訊，藉以即時進行相對應之處理程序， 17 1354547
TW4255PA 達到即時監控的效果。此外，藉由非離線之檢測過程，可 避免流體外露造成感染，或是外界物質進入導致污染的問 題。另外，訊號轉換元件、處理單元及波形產生器係可藉 由一整合半導體製程形成，係可節省製程步驟及成本。再 者，藉由直接抽換第一晶片之方式，可避免不同流體或不 同受測者間交互感染的問題。此外，由於流體中微粒黏著 於管壁導致流道受到阻塞，使得檢測無法順利進行時，亦 可經由抽換第一晶片之方式來迅速排除。其次，利用於反 應通道形成電濕效應而產生聚焦液滴，係可提升檢測精確 度，並且減少流體之需要量，並節省試劑之用量。 綜上所述，雖然本發明已以較佳之實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通 常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，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。
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TW4255PA 【圖式簡單說明】 第1圖繪示依照本發明第一實施例之連續式檢測系統 之不意圖， 第2圖繪示第1圖中沿A-A’線之剖面圖；以及 第3圖繪示依照本發明第二實施例之連續檢測系統之 示意圖。 【主要元件符號說明】 100、300 :連續式檢測裝置 110、310 :第一晶片 110a、310a :主流道 110b、310b :廢液容置槽 110c :流體入口 113、313 :分離單元 113a、313a :電極組 113b、131b :光學鑷夾 115、315 :反應單元 115a :反應室 115b :微流道 120、320 :第二晶片 123、323 :訊號處理元件 125、325 :處理單元 129 :電池 130、330 :訊號源 1354547
TW4255PA 140、340 :殼體 180、380 :投藥單元 190、390 :顯示單元 200 :連續式檢測系統 310d :反應通道 310e :試劑移送流道 327 :波形產生器 E :外部電源 L:聚焦光線 S、S，：訊號 T1 :目標物 T2 :非目標物

Claims (1)

1354547 · TW4255PA 十、申請專利範圍： 1. 一種連續式檢測裝置，用以檢測一流體中之一目標 物之濃度，該連續式檢測裴置包括： 一第一晶片，包括： 一分離單元，用以分離該目標物及該流體中之一 非目標物；及 一反應單元，用以使分離出該非目標物之該流體 與一試劑進行反應； • 一訊號源，用以提供一訊號通過與該試劑反應之該流 體；以及 一第二晶片，設置於該第一晶片之一側，並且包括： ' 一訊號轉換元件（signal transducing element )，用 以接收通過該流體之該訊號，並依據該訊號輸出一電性訊 號；及 一處理單元，用以根據該電性訊號取得該目標物 ^ 之濃度。 2. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置，其 中該分離單元包括： 一電極組，用以於該流體中產生一介電泳力 (dielectrophoretic force，DEP force )，以分離該流體中之 該目標物及該非目標物，該電極組並且用以預防該目標物 及該非目標物黏附於該第一晶片上。 3. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置，其 中該分離單元包括： 21 1354547 . • « TW4255PA 一光學鑷夾（optical tweezers) ’用以提供一聚焦光線 於該流體’以分離該流體中之該目標物及該非目標物。 4. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置，其 中該反應單元包括： 至少一反應室’用以容置該流體及該試劑；及 複數條微流道（micro-fluidic channel )，連通該至少一 反應室。 5. 如申請專利範圍第4項所述之連續式檢測裝置，其 ® 中該至少一反應室及該些微流道係藉由一黃光蝕刻 (photolithography )製程形成於該第一晶片上。 6. 如申請專利範圍第4項所述之連續式檢測裝置，其 • 中該第一晶片更包括： 一廢液容置槽，連通該些微流道且設置於該反應單元 後方，用以容置反應後之該流體及該試劑。 7. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置，其 ^ 中該反應單元包括： 至少一反應通道’該至少一反應通道之兩端分別接收 該流體及該試劑，且該至少一反應通道係藉由一電濕效應 (electrowetting effect)控制該流體及該試劑進入該至少一 反應通道内以進行反應。 8. 如申請專利範圍第7項所述之連續式檢測裝置，其 中該至少一反應通道係藉由一黃光蝕刻製程形成於該第一 晶片上。 9. 如申請專利範圍第7項所述之連續式檢測裝置，其 22 1354547 * » TW4255PA 中該至少一反應通道中之該流體及該試劑更藉由該電濕效 應形成一聚焦液滴。 10. 如申請專利範圍第7項所述之連續式檢測裝置， 其中該第二晶片更包括： 一波形產生器（function generator)，用以提供一波形 訊號至該至少一反應通道，以產生該電濕效應。 11. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置， 更包括： 一殼體，該第一晶片、該訊號源及該第二晶片係設置 於該殼體内； 其中，該第一晶片係以可抽換之方式設置於該殼體 内。 12. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置， 其中該訊號源係為一發光元件，該訊號係為一光線訊號。 13. 如申請專利範圍第12項所述之連續式檢測裝 置，其中該訊號轉換元件係為一光電轉換器。 14. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置， 更包括： 一電池，耦接於該訊號源及該第二晶片，以提供一電 勢能至該訊號源及該第二晶片。 15. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置， 其中該第一晶片具有一主流道（main fluidic channel )，該 主流道連接該分離單元及該反應單元，用以移送該流體。 16. 如申請專利範圍第1項所述之連續式檢測裝置， 23 1354547 » l TW4255PA 其中該訊號轉換元件及該處理單元係經由一整合半導體製 程形成於該第二晶片上。 17. —種連續式檢測系統，用以檢測一流體中之一目 標物之濃度，該連續式檢測系統包括： 一連續式檢測裝置，包括： 一第一晶片，包括： 一分離單元，用以分離該目標物及該流體中 之一非目標物；及 一反應單元，用以使該分離出該非物標物之 該流體與一試劑進行反應； 一訊號源，用以提供一訊號通過與該試劑反應之 該流體；及 一第二晶片，設置於該第一晶片之一側，並且包 括： 一訊號轉換元件，用以接收通過該流體之該 訊號，並依據該訊號輸出一電性訊號；及 一處理單元，用以根據該電性訊號取得該目 標物之濃度；以及 一投藥單元，耦接於該處理單元，用以根據該目標物 之濃度調整一投藥濃度或一投藥頻率。 18. 如申請專利範圍第17項所述之連續式檢測系 統，其中該連續式檢測系統係連接至一外部電源，用以至 少提供一電勢能至該訊號源及該第二晶片。 24
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