TWI383146B - Can be accurate micro sampling and sample of microfluidic chip - Google Patents

Description

可精準微量取樣及送樣之微流體晶片

本發明是有關於一種微流體晶片，特別是指一種用以進行液體之微量取樣的微流體晶片。

在許多科技領域中，尤其是生物及化學...等領域中，在進行一些檢體之檢測分析或定量時，通常需要精確控制所取之樣品體積。現有最常見的取樣器，是利用人力手動控制之微量取樣器(pipette)，此種取樣裝置通常是將一吸管頭套設於一吸引取樣器上，藉由取樣器內部構件作動產生之吸力，將預定量之液體吸入吸管頭中。但因該吸管頭套設於該取樣器上時，可能會因套接時的氣密度不夠而有縫隙產生，或液體樣品殘留黏附於吸管頭套上，進而會影響取樣量的準確度，尤其是對於極微量樣品的取樣時，例如小至1×10^-9 公升(nano liter,nl)，其影響程度更大，且市售之取樣器能取樣的最小流體單位量僅為0.2μl，無法適用於更微量之流體的取樣。

因此，本發明之目的，即在提供一種可精準微量取樣及送樣之微流體晶片。

於是，本發明可精準微量取樣及送樣之微流體晶片，包含由下往上依序疊接之一基板、一流道層板，及一氣室層板，且該基板與流道層板相配合界定出一微流道，而該流道層板與氣室層板相配合界定出一位於微流道上方並可被灌注高壓氣體之氣室機構，該微流體晶片具有間隔貫穿流道層板與氣室層板之一儲液槽與一取樣槽，該微流道具有一驅動段、一連通於取樣槽與驅動段間之取樣段，及一連通於儲液槽與取樣段間之進料段，該氣室機構包括一間隔位於驅動段上方之驅動氣室、一間隔位於進料段上方且與該驅動氣室連通之第一閥門氣室，及一間隔位於該取樣段介於進料段與取樣槽間之部位上方的第二閥門氣室，該流道層板具有一可被第一閥門氣室中之高壓氣體往下彈性擠推變形而氣密塞封該進料段的第一閥門部、一可被第二閥門氣室中之高壓氣體往下彈性擠推變形而氣密塞抵於取樣段內之第二閥門部，及一介於驅動氣室與驅動段間之驅動部，且該驅動部可隨驅動氣室中之高壓氣體的壓力變化而於驅動段中上下彈性變形，而於取樣段內對應產生驅動液體流動之正壓推力與負壓吸力。

本發明之功效：透過該基板、流道層板與氣室層板疊接構成之微流道與氣室機構的結構設計，使該微流體晶片可應用於微量液體之精確取樣與送樣，且其取樣量遠小於市售取樣器之取樣量，而取樣準確度亦較市售取樣器佳。

有關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一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

如圖1、2所示，本發明可精準微量取樣及送樣之微流體晶片的較佳實施例，適用於進行微量液體之採樣，該微流體晶片2包含由下往上依序疊接之一基板3、一流道層板4與一氣室層板5，且該基板3與流道層板4相配合界定出一微流道6，該流道層板4與氣室層板5相配合界定出一氣室機構7，且該微流體晶片2具有開口朝上之一儲液槽201、一取樣槽202、一第一氣孔203、一第二氣孔204，及一清洗槽205，其中，儲液槽201、取樣槽202與清洗槽205都是由分別貫穿氣室層板5與流道層板4之穿孔40、50和該基板3相配合所構成，而第一氣孔203與第二氣孔204則是穿設於該氣室層板5上。

在本實施例中，該流道層板4與氣室層板5是由PDMS製成，而該基板3是由玻璃製成，但實施時，基板3、流道層板4與氣室層板5之材質不以此為限。

該微流道6是凹設於流道層板4底面，且具有一圓形驅動段61、一左右延伸地連通於該驅動段61與該取樣槽202間之取樣段62、一連通於該儲液槽201與該取樣段62間的進料段63，及一連通於清洗槽205與驅動段61間之注水段64，其中，該驅動段61容積大於該取樣段62，該取樣段62具有一連通於驅動段61與該進料段63間之取樣部621，及一連通於進料段63與取樣槽202間之連通部622。

該氣室機構7是凹設於氣室層板5底面，且包括一間隔位於驅動段62上方之圓形驅動氣室71、一間隔位於進料段63上方且連通於該驅動氣室71與第一氣孔203間的第一閥門氣室72，及一間隔位於該取樣段62之連通部622上方且與第二氣孔204連通的第二閥門氣室73。該驅動氣室71具有一位於驅動段61上方之圓形氣室部711，及一左右延伸連通於氣室部711與第一閥門氣室72間之連通部712，且該連通部712容積小於氣室部711與第一閥門氣室72。

該流道層板4具有一界定出該驅動段61頂緣且被該驅動氣室71之氣室部711涵蓋的彈性薄膜狀驅動部41、二分別自該驅動部41底面一體往下突伸入驅動段61中並抵靠於基板3頂面之頂抵部42、一介於進料段63與第一閥門氣室72間之彈性薄膜狀第一閥門部43，及一介於取樣段62之連通部622與第二閥門氣室73間之彈性薄膜狀第二閥門部44。

該驅動部41可被灌注於該氣室部711中之高壓氣體往下彈性擠推變形而突伸入該驅動段61中，該第一閥門部43可被灌注於第一閥門氣室72中之高壓氣體往下彈性擠推變形，而往下彈性突伸並氣密塞封該進料段63，第二閥門部44則可被灌注於第二閥門氣室73中之高壓氣體往下彈性擠推變形，而往下彈性突伸並氣密塞封該取樣段62之連通部622。

如圖3~5所示，該微流體晶片2使用時，會於第一氣孔203與第二氣孔204分別連通接設一氣壓源(圖未示)，並程式化控制該等氣壓源對該微流體晶片2灌注與釋放高壓氣體之時序，且會先將該清洗槽205之開口氣密封閉。

當要以該微流體晶片2進行微量液體之取用時，是先經由該等氣孔203、204分別對該等閥門氣室72、73與連通於第一閥門氣室72之驅動氣室71灌注高壓氣體，圖3所示灰色部位即表示灌注高壓氣體部位，迫使流道層板4之第一閥門部43與驅動部41分別往下彈性突伸，而分別封閉該進料段63與塞置於該驅動段61中，並驅使第二閥門部44往下彈性突伸塞封該取樣段62之連通部622，然後，便可將待取樣之樣品液900置入該儲液槽201中。

接著，依據預定取樣量，經由第一氣孔203局部釋出第一閥門氣室72與驅動氣室71中的高壓氣體，如圖4所示，透過控制該第一閥門氣室72與驅動氣室71之高壓氣體釋放之時間，來調整該第一閥門部43與驅動部41分別往上彈性回縮復形之程度，由於該驅動氣室71之連通部712容積遠小於該氣室部711與第一閥門氣室72，所以第一閥門氣室72與該驅動氣室71之氣室部711的高壓氣體會先後依序釋出，使得第一閥門部72會先局部往上彈性回縮復形，而局部開啟該進料段63，使進料段63連通該儲液槽201與取樣段62，緊接著，該氣室部711中之高壓氣體也會局部釋放，而連動使該驅動部41局部往上回縮復形，並於該取樣段62中產生一負壓吸力，該負壓吸力會將儲液槽201中之預定體積的樣品液900經由該進料段63吸入該取樣段62中。

然後，將第二閥門氣室73之高壓氣體釋放，開啟該取樣段62之連通部622，使取樣段62與取樣槽202連通，如圖5所示，並同時經由第一氣孔203對第一閥門氣室72與驅動氣室71灌注高壓氣體，藉由第一閥門氣室72與驅動氣室71被充填高壓氣體的先後時間差，可於第一閥門部43氣密封閉該進料段63後，藉由該驅動部41往下突伸入驅動段61中所產生之正壓推力，將已被吸入取樣段62之取樣部621中之樣品液900推送至取樣槽202中。最後，再對第二閥門氣室73灌注高壓氣體，迫使第二閥門部44氣密阻隔於取樣段62與取樣槽202間，便完成微量液體之取樣與送樣。

於完成液體之微量取樣後，可將該清洗槽205開封，並於清洗槽205中注入清洗液，並透過於該氣室部711中灌注與釋放高壓氣體的方式，驅使清洗槽205中之清洗液沿微流道62流動，藉以清洗微流道62，使該微流體晶片2於清洗後能夠再重複使用，但實施時，該清洗槽205並非必要。

如圖2、6所示，為該微流體晶片2進行微量液體之取樣量對應該驅動氣室71之高壓氣體釋放時間的曲線圖，由圖式資料可知，該微流體晶片2確實可進行極微量之液體的取用，並具由很好的再現性，且其取樣量可小至0.05μl 。

如圖2、7所示，將該微流體晶片2之取樣量與市售取樣器之取樣量及理論取樣值進行比對，其中，取樣量分別為1、2、3、4、5、6μl ，每一取樣量之取樣10次，由圖式資料可知，該微流體晶片2之取樣誤差值都比市售取樣器小。

如圖2、8所示，以該微流體晶片2進行NaOH溶液(0.04M，pH12.616)之取樣，並將取樣所得之NaOH溶液對苯甲酸(總量50μl ，0.002M)進行酸鹼滴定實驗，並與市售之取樣器進行比較，每次滴定之NaOH溶液取樣量為3μl ，且於當量點附近，將滴定之NaOH溶液取樣量改為0.25μl 。由圖式資料可知，該微流體晶片2所得之滴定曲線與市售取樣器所得之滴定曲線幾乎相同。

在本實施例中，該流道層板4之頂抵部42的設置目的，是要避免整個驅動部41被往下彈性頂推而完全貼抵於基板3頂面，而影響該驅動部41往上回縮復形之速度，但實施時，該等頂抵部42並非必要。

綜上所述，透過該基板3、流道層板4與氣室層板5疊接構成之微流道6與氣室機構7的結構設計，使該微流體晶片2可應用於微量液體之精確取樣與送樣，且其取樣量遠小於市售取樣器之取樣量，取樣準確度亦較市售取樣器佳，而可適用於珍貴樣品的精準取樣與送樣，並可搭配可程式化控制之氣壓源系統，而達到自動化取樣與送樣之功能，相當方便實用，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧微流體晶片

201‧‧‧儲液槽

202‧‧‧取樣槽

203‧‧‧第一氣孔

204‧‧‧第二氣孔

205‧‧‧清洗槽

3‧‧‧基板

4‧‧‧流道層板

40‧‧‧穿孔

41‧‧‧驅動部

42‧‧‧頂抵部

43‧‧‧第一閥門部

44‧‧‧第二閥門部

5‧‧‧氣室層板

50‧‧‧穿孔

6‧‧‧微流道

61‧‧‧驅動段

62‧‧‧取樣段

621‧‧‧取樣部

622‧‧‧連通部

63‧‧‧進料段

64‧‧‧注水段

7‧‧‧氣室機構

71‧‧‧驅動氣室

711‧‧‧氣室部

712‧‧‧連通部

72‧‧‧第一閥門氣室

73‧‧‧第二閥門氣室

900‧‧‧樣品液

圖1是本發明可精準微量取樣及送樣之微流體晶片的一較佳實施例之立體分解圖；

圖2是該較佳實施例之組合仰視示意圖，說明該微流道與該氣室機構之相對應位置；

圖3是該較佳實施例之組合俯視圖，說明第一閥門氣室、第二閥門氣室與驅動氣室皆已被灌注高壓氣體時的情況；

圖4是類似圖3之視圖，說明第一閥門氣室與驅動氣室之高壓氣體被卸除，而樣品液被局部吸入取樣段時的情況；

圖5是是類似圖4之視圖，說明第二閥門氣室之高壓氣體被卸除，而第一閥門氣室與驅動氣室被灌注高壓氣體；

圖6是該較佳實施例進行不同容積之樣品液取量對應驅動氣室之壓力釋放時間時的曲線圖；

圖7是該較佳實施例與市售取樣器之取樣誤差比較的柱狀圖；及

圖8是該較佳實施例與市售取樣器進行酸鹼滴定之曲線圖。

2．．．微流體晶片

203．．．第一氣孔

204．．．第二氣孔

3．．．基板

4．．．流道層板

40．．．穿孔

41．．．驅動部

42．．．頂抵部

5．．．氣室層板

50．．．穿孔

6．．．微流道

61．．．驅動段

62．．．取樣段

621．．．取樣部

622．．．連通部

63．．．進料段

64．．．注水段

7．．．氣室機構

71．．．驅動氣室

711．．．氣室部

712．．．連通部

72．．．第一閥門氣室

73．．．第二閥門氣室

Claims (4)

1. 一種可精準微量取樣及送樣之微流體晶片，包含：由下往上依序疊接之一基板、一流道層板，及一氣室層板，且該基板與流道層板相配合界定出一微流道，而該流道層板與氣室層板相配合界定出一位於微流道上方並可被灌注高壓氣體之氣室機構，該微流體晶片具有間隔貫穿流道層板與氣室層板之一儲液槽與一取樣槽，該微流道是凹設於該流道層板底面，並具有一驅動段、一連通於取樣槽與驅動段間之取樣段，及一連通於儲液槽與取樣段間之進料段，該氣室機構是凹設於氣室層板底面，包括一間隔位於驅動段上方之驅動氣室、一間隔位於進料段上方且與該驅動氣室連通之第一閥門氣室，及一間隔位於該取樣段介於進料段與取樣槽間之部位上方的第二閥門氣室，該流道層板具有一可被第一閥門氣室中之高壓氣體往下彈性擠推變形而氣密塞封該進料段的第一閥門部、一可被第二閥門氣室中之高壓氣體往下彈性擠推變形而氣密塞抵於取樣段內之第二閥門部、一介於驅動氣室與驅動段間之驅動部，及至少一自該驅動部一體往下突伸入該驅動段中並靠抵於該基板之頂抵部，且該驅動部可隨驅動氣室中之高壓氣體的壓力變化而於驅動段中上下彈性變形，而於取樣段內對應產生驅動液體流動之正壓推力與負壓吸力。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之可精準微量取樣及送樣之微流體晶片，其中，該驅動氣室具有一涵蓋該驅動部之氣室部，及一連通於氣室部與第一閥門氣室且容積小於氣 室部與第一閥門氣室之連通部。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之可精準微量取樣及送樣之微流體晶片，其中，該微流體晶片還具有間隔貫穿氣室層板之一第一氣孔與一第二氣孔，該第一氣孔是與第一閥門氣室連通，第二氣孔是與第二閥門氣室連通。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之可精準微量取樣及送樣之微流體晶片，其中，該微流體晶片還具有一貫穿流道層板與氣室層板之清洗槽，該微流道還具有一連通於清洗槽與驅動段間之注水段。