TWI431276B - 液體傳送裝置、生化檢測裝置與方法 - Google Patents

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Description

液體傳送裝置、生化檢測裝置與方法
本發明是有關於一種液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，且特別是有關於一種使用電濕潤技術(Electro Wetting On Dielectric，EWOD)的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法。
現有高階生醫檢測系統價位居高不下，其主要原因在於所需之組成元件均屬精密元件因而成本高昂。以系統組成分析，一套生醫檢測系統最重要的幾個子系統包括：感測子系統、樣本傳輸子系統、機械子系統、電子子系統、軟體子系統等等。若能將高階生醫檢測系統的各子系統的成本降低，則整體檢測系統的成本即可有效下降。
另一方面，現有生化檢測裝置大都使用連續流體，其驅動技術大部分為利用壓差與蠕動式泵浦提供所需要的驅動力。然而，使用連續流體需使液體樣本充滿整條從驅動力來源到檢測裝置的管道，造成樣本所需要的量非常多。現有生化檢測裝置難以適用於含量少的樣本，而且也會浪費非常多寶貴的樣本。而且驅動連續流體的泵浦體積都很大，建置成本高，較難整合進系統裡，且無法處理多樣化樣本大量分析。因此，無法符合檢測技術日趨微量化與精密化的要求。
有鑑於此，本發明提供一種液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，採用電濕潤技術，以無流道(channel-free)的方式，在載體上進行樣本液體的精密傳輸，並在傳輸後對樣本液體進行檢測，當完成檢測後，接著利用旋轉載體產生之離心力，將測試完成的樣本液體旋出。本發明有效達到生技醫藥領域所需的樣本精密傳送，並將液體傳送裝置精簡化，降低整體成本，對於將高價位的生醫檢測系統的平價化有很大助益。
本發明提出一種液體傳送裝置，其具備載體、液珠控制裝置。液珠控制裝置設置於載體上，用以將液體樣本離散化(discretize)為液珠(droplets)，並產生對液珠之驅動力，以傳送液體樣本。此液珠控制裝置具有至少一樣本區、至少一偵測區與電極軌道。至少一樣本區用於載置液體樣本。至少一偵測區對液體樣本進行偵測。電極軌道設置在樣本區與偵測區之間。
在本發明之一實施例中，上述之液體傳送裝置更包括第一間隔件與第二間隔件。第一間隔件設置成包圍樣本區，且具有第一輸出口。第二間隔件設置成包圍偵測區，且具有第二輸入口與第二排出口。
在本發明之一實施例中，上述之載體可為圓盤型碟片或方型片，且表面具有光柵結構。上述之液珠控制裝置設置在該載體的具有光柵結構的表面上。上述載體的材質為塑膠材料。
在本發明之一實施例中，上述之液體傳送裝置，更包括至少一回收區。至少一回收區以回收偵測區內之液體樣本，且在偵測區與回收區之間設置電極軌道。
在本發明之一實施例中，上述之電極軌道包括多個第一電極與多個第二電極，且多個第一電極與多個第二電極彼此相鄰並交錯以線狀或環狀排列。
在本發明之一實施例中，上述之液體傳送裝置，更包括第一疏水層。第一疏水層設置於電極軌道表面。
在本發明之一實施例中，上述之偵測區可植入具有生化官能基的化合物，使偵測區具有親水性。
在本發明之一實施例中，上述之液體傳送裝置更包括蓋體，以蓋住該載體。
在本發明之一實施例中，上述之液體傳送裝置，更包括第二疏水層。第二疏水層設置於蓋體面對該載體的表面上。
在本發明之一實施例中，上述之液體傳送裝置，更包括旋轉裝置，而該載體載置在旋轉裝置上。
本發明提出一種生化檢測裝置，其具備有液體傳送裝置以及光學裝置。液體傳送裝置包括載體、液珠控制裝置及旋轉裝置。液珠控制裝置設置於載體上，用以將液體樣本離散化為液珠，並產生對液珠之驅動力，以傳送液體樣本，液珠控制裝置包括至少一樣本區、至少一偵測區與一電極軌道，電極軌道設置於樣本區與該偵測區之間。載體載置在旋轉裝置上。光學裝置設置於液體傳送裝置上。光學裝置具有光源及偵測器。光源的光入射至偵測區。偵測器偵測從偵測區反射的反射光。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測裝置，更包括第一間隔件及第二間隔件。第一間隔件設置成包圍樣本區，且具有第一輸出口。第二間隔件設置成包圍偵測區，且具有第二輸入口與第二排出口。
在本發明之一實施例中，上述之載體可為圓盤型碟片或方型碟片，且表面具有光柵結構。上述之液珠控制裝置設置在該載體的具有光柵結構的表面上。上述載體的材質為塑膠材料。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測裝置，更包括至少一回收區。在偵測區與回收區之間設置電極軌道。
在本發明之一實施例中，上述之電極軌道包括多個第一電極與多個第二電極，且多個第一電極與多個第二電極彼此相鄰並交錯以線狀或環狀排列。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測裝置更包括第一疏水層。第一疏水層設置於電極軌道表面。
在本發明之一實施例中，上述之偵測區可植入具有生化官能基的化合物，使偵測區具有親水性。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測裝置，更包括蓋體，以蓋住該載體。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測裝置更包括第二疏水層。第二疏水層設置於蓋體面對該載體的表面上。
本發明提出一種生化檢測方法，具備下列步驟。提供上述生化檢測裝置，供給液體樣本至樣本區。驅動液珠控制裝置，以將液體樣本離散化為液珠，並產生對液珠之驅動力，將液體樣本從樣本區傳送至偵測區。驅動旋轉裝置，以第一轉速旋轉該載體。將光源的光入射至偵測區，在偵測區產生反射光，並利用偵測器偵測反射光的狀態。從偵測區移除液體樣本。
在本發明之一實施例中，上述之從偵測區移除液體樣本的步驟中，利用液珠控制裝置，將液體樣本從偵測區傳送至回收區。
在本發明之一實施例中，上述之從偵測區移除液體樣本的步驟中，驅動旋轉裝置以第二轉速旋轉該載體，將液體樣本從偵測區旋出。
在本發明之一實施例中，上述之第一轉速為60rpm至120rpm。
在本發明之一實施例中，上述之第二轉速為大於600rpm。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測方法包括螢光法或表面電漿共振法。
在本發明之一實施例中，上述之載體為圓盤型碟片或方型片，且表面具有光柵結構。上述之液珠控制裝置設置在該載體的具有光柵結構的表面上。上述載體的材質為塑膠材料。
在本發明之一實施例中，上述之液珠控制裝置包括彼此分離的多個第一電極與多個第二電極，藉由於多個第一電極與多個第二電極間提供一相對電壓，以產生對液珠之驅動力，將液體樣本傳送至偵測區。
在本發明之一實施例中，上述之生化檢測方法，更包括於偵測區植入具有生化官能基的化合物。
在本發明之一實施例中，上述載體包括多個樣本區與多個偵測區，此方法具備下列步驟。供給多個液體樣本至樣本區。驅動液珠控制裝置，以將液體樣本分別離散化為液珠，並產生對液珠之驅動力，將液體樣本分別從樣本區傳送至偵測區，使偵測區中分別具有不同組成比例的液體樣本。驅動旋轉裝置，以第一轉速旋轉該載體。使光源的光入射至偵測區，分別在偵測區產生反射光，並利用偵測器偵測反射光的狀態。從偵測區移除液體樣本。
在本發明之一實施例中，上述之從偵測區移除液珠的步驟中，利用液珠控制裝置，將液體樣本從偵測區傳送至回收區。
在本發明之一實施例中，上述之從偵測區移除液體樣本的步驟中，驅動旋轉裝置以第二轉速旋轉該載體，將液體樣本從偵測區旋出。
在本發明之一實施例中，上述第一轉速為60rpm至120rpm。
在本發明之一實施例中，上述第二轉速為大於600rpm。
本發明的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，由於利用EWOD技術進行流體操控，因此不需使用外加壓差或外加泵浦作為驅動源，可簡化系統架構及組合的複雜性，並縮小系統之體積，而達到降低儀器成本的目的。
而且，本發明的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，利用EWOD技術(電濕潤技術)將連續流體分離為離散液珠，可以精準控制流體傳輸與混合的順序，隨需要改變行經路徑與設定，並且精準控制所傳輸的液體量，從而達到避免樣本用量誤差與浪費的目的。
在本發明的生化檢測裝置及方法，可適用於表面電漿共振法。若是在偵測區的金屬薄膜上植入具有生化官能基的化合物，植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率與只有金屬薄膜本身的表面折射率不同，而且在具有生化官能基的化合物與樣本液體抗原結合時，更進一步改變植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率，此方法也可以應用在觀測與判別DNA、蛋白質等雜交反應上，甚至化學物質之間的結合、解離能力與平衡的判定，藉此可以施行各種生化檢驗。
在本發明的生化檢測裝置及方法中，可適用於螢光檢測法。若待測物質本身具有藉由能量集中的光束(如雷射)的照射而發出螢光的特性，則可直接檢測，並藉由讀取螢光強度以獲知待測物位置或定性及定量上之濃度。若待測物質本身不具有藉由能量集中的光束(如雷射)的照射而發出螢光的特性，待測物之濃度無法直接測量，則可藉由將螢光分子標定於待測物上，以特定波長且能量集中的光束(如雷射)去激發與待測物相接之螢光分子，並藉由讀取螢光強度以獲知待測物位置或定性及定量上之濃度，在靈敏度(sensitivity)或選擇性(selectivity)具較佳性能。
本發明的生化檢測裝置與方法，可以應用在藥物先期開發、蛋白質轉譯、動態基因雜交反應等工作上，對於加速生技製藥、保健食品、農業生技等開發或改良可節省樣本損耗，可精準定量。本發明的生化檢測裝置與方法應用在醫療檢測分析實驗室時，可以便於使用，節省建制成本。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
本發明利用電濕潤技術，改變液體與表面之間的接觸角度，將液體樣本由連續流體轉換成離散液珠(discrete droplets)形式。以外加電場提供的電位能轉換為液體與固體表面間之表面能，電壓可改變力量梯度，使得表面能轉換為液珠移動的主要驅動力。
圖1所繪示為本發明之一實施例之一種生化檢測裝置的示意圖。圖2所繪示為本發明之一實施例之一種生化檢測裝置的部分放大示意圖。圖3所繪示為本發明之一實施例之液珠控制裝置的剖面示意圖。圖4所繪示為本發明之一實施例之電極圖案的示意圖。
如圖1所示，生化檢測裝置100具備液體傳送裝置102與光學裝置104。
如圖2所示，液體傳送裝置102包括載體106、液珠控制裝置108、旋轉裝置110。載體106例如為圓盤型碟片。載體106的材質為塑膠材料，例如聚碳酸酯等。載體106例如載置在旋轉裝置110上。液珠控制裝置108設置於載體106上，用以將液體樣本130離散化(discretize)為液珠(droplets)140，並產生對液珠140之驅動力，以傳送液體樣本130。液珠控制裝置108包括至少一樣本區112、至少一偵測區114、至少一回收區116與電極軌道118。樣本區112用於載置液體樣本130。偵測區114對液體樣本130進行偵測。回收區116以回收偵測區114內之液體樣本130。
如圖1所示，在本實施例之樣本區112包含A、B、C、D四個區塊，偵測區114包含1、2、3、4四個區塊，回收區116包含a、b、c、d四個區塊，分別以載體106的中心為基準，而成放射狀設置。當然，樣本區112、偵測區114與回收區116的區塊個數可依照實際需要而設置，而沒有特別限定。
電極軌道118包括一環狀電極軌道118a及一放射狀電極軌道118b，環狀電極軌道118a之中心與載體106之中心相同，使形成同心圓。然後從環狀電極軌道118a向外地延伸出多個放射狀電極軌道118b，以連接樣本區112與偵測區114，亦即樣本區112與偵測區114分別位於不同放射狀電極軌道118b上，偵測區114與回收區116位於相同放射狀電極軌道118b上，使放射狀電極軌道118b從偵測區114向外地延伸至回收區116，而使放射狀電極軌道118b連接偵測區114與回收區116。亦即，電極軌道118設置成使各個樣本區112與各個偵測區114彼此連接。如此，可分別供給多個液體樣本130至多個樣本區112，然後利用液珠控制裝置108，將多個液體樣本130分別從樣本區112經由放射狀電極軌道118b、環狀電極軌道118a、另一放射狀電極軌道118b傳送至偵測區114，使偵測區114中分別具有不同組成比例的液體樣本130。在測試完成後，利用液珠控制裝置108，將多個液體樣本130分別從偵測區114經由放射狀電極軌道118b傳送至回收區116。
旋轉裝置110包括承載台與馬達(未繪示)。在圖1及圖2中繪示出承載台，並以承載台來代表旋轉裝置110。利用馬達直接(承載台直接安裝在馬達的軸承上)或間接(藉由齒輪或輸送帶等構件連接承載台與馬達)驅動承載台旋轉。載體106放置在承載台上，其會隨著承載台旋轉而旋轉或馬達直接驅動載體106旋轉。凡此為熟習該項技術者所能知悉的旋轉驅動技術均為本發明之創作精神所包括，在此不予贅述。
在一實施例中，承載台具有凹槽供容置載體106，或承載台不具凹槽，使載體106直接設置於承載台上。
在一實施例中，將多個液體樣本130分別從偵測區114傳送至回收區116的方法，可以利用驅動旋轉裝置110，使安裝有載體106的承載台旋轉而產生離心力，進而使得液體樣本130從偵測區114被旋出至回收區116。在此情況下，在偵測區114與回收區116之間可設置或不設置電極軌道118。而且，樣本區112與偵測區114位於約略之同心圓上。回收區116可以設置在載體106的外圍，即位於同心圓外圍。
在一實施例中，如圖2所示，液體傳送裝置102更包括蓋體124，以蓋住載體106。在載體106上更設置有第一間隔件126以及第二間隔件128。第一間隔件126設置成包圍樣本區112，且具有第一輸出口126a。第二間隔件128設置成包圍偵測區114，且具有第二輸入口128a與第二排出口128b。第一間隔件126與第二間隔件128可避免液體樣本130飛散至其他區域。其中第一間隔件126與第二間隔件128均為ㄇ字型結構，均包括三面間隔件壁，而第二間隔件128之第二排出口128b係為間隔件壁的一孔洞，提供至回收區116的出口。
生化檢測裝置100例如是表面電漿共振檢測裝置或螢光檢測裝置。當生化檢測裝置100為表面電漿共振檢測裝置時，載體106的表面具有光柵結構，且液珠控制裝置108設置在載體106的具有光柵結構的表面上。當光經過液體樣本130到光柵結構後會反射，因此，利用光柵結構可以將複色光轉變成生化檢測裝置100所需要的不同波長的單色光。
接著，請參照圖3，圖3為生化檢測裝置100在液珠控制裝置108的剖面示意圖，包含載體106、液珠控制裝置108、液珠140、第一疏水層136、第二疏水層138、間隔件142、以及蓋體124。液珠控制裝置108設置於載體106上，且包括絕緣層132、多個第一電極134a與多個第二電極134b與第一疏水層136。絕緣層132例如設置於載體106上。絕緣層132的材質包括氧化矽(SiO2 )、氮化矽(Si3 O4 )、氮氧化矽(SiOx Ny )、鋇鍶鈦(BST)、高分子(polymer)、光阻SU~8或聚對二甲基苯(Parylene)。絕緣層132防止液珠140與第一電極134a與第二電極134b直接接觸。
在此請同時參照圖2與圖3，第一疏水層136設置於絕緣層132上。在一實施例中，第一疏水層136例如是設置於電極軌道118與樣本區112表面。在另一實施例中，第一疏水層136例如是覆蓋整個載體106表面，但具有開口暴露偵測區114上的金屬層。亦即，在偵測區114上未形成有第一疏水層136。而且，在偵測區114中可進一步植入具有生化官能基的化合物，使偵測區114具有親水性。第二疏水層138設置於蓋體124面對載體106的表面上。第一疏水層136與第二疏水層138的材質包括聚四氟乙烯或全氟環狀聚合物。
當蓋體124蓋在載體106上時，間隔件142(第一間隔件126與第二間隔件128的總稱)提供支撐與固定蓋體124，而在蓋體124與載體106之間形成有用以使液珠140通過的空間，藉由在多個第一電極134a與多個第二電極134b間提供相對電壓，以在空間中驅動液珠140，使液珠140從樣本區112沿電極軌道118移動到偵測區114。
多個第一電極134a與多個第二電極134b設置於絕緣層132內之不同位置，且多個第一電極134a與多個第二電極134b彼此分離。多個第一電極134a與多個第二電極134b例如以交錯的方式線狀或環狀排列設置，而構成電極軌道118。
多個第一電極134a與多個第二電極134b的材質包括金屬，例如是鈦、銦錫氧化物、鋁、銅或金。多個第一電極134a與多個第二電極134b的形成方法例如是將電極材料形成於載體106後，經由微機電製程之曝光、顯影、蝕刻等步驟將電極形狀加工完成，此電極形狀須能提供足夠驅動液珠140的力量即可，不限定哪種形狀。
如圖4所示，在樣本區112與偵測區114中設置有金屬層。此金屬層的材質可以與電極的材質相同或不同。在本實施例中，樣本區112與偵測區114中的金屬層的材質與電極的材質相同，且在同一個製程中製作出來。樣本區112與偵測區114中的金屬層、多個第一電極134a與多個第二電極134b分別經由引線144而連接至接墊146。藉由於接墊146施加電壓，以提供不同的電壓至多個第一電極134a與多個第二電極134b。
在此請同時參照圖1與圖3，在本發明之生化檢測裝置100中，主要是分為光學裝置104與液體傳送裝置102。光學裝置104例如設置於液體傳送裝置102上。光學裝置104包括光源120與偵測器122。光源120的光入射至偵測區114，並在偵測區114產生一反射光。反射光出射至偵測器122，而利用偵測器122偵測反射光的狀態。舉例來說，在進行表面電漿共振檢測時，可以透過光強量測(Intensity interrogation)、波長量測(Wavelength interrogation)、相位量測(Phase interrogation)等方式檢測，光源120的光(可以是780 nm)入射至偵測區114，並於偵測區114發生反射，然後由利用偵測器122偵測反射光的狀態。在偵測器122上可以明顯觀測到與液體樣本130接觸的金屬薄膜(偵測區)和不與液體樣本130接觸的金屬薄膜相比，所偵測到的反射光的狀態改變，該狀態改變可包含光強、相位及共振波長等。此外，在偵測區114的金屬薄膜上植入具有生化官能基的化合物，植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率與只有金屬薄膜本身的表面折射率不同，而且在具有生化官能基的化合物與樣本液體抗原結合時，更進一步改變植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率，此方法也可以應用在觀測與判別DNA、蛋白質等雜交反應上，甚至化學物質之間的結合、解離能力與平衡的判定，藉此可以施行各種生化檢驗。
液體傳送裝置102包括設置在載體106上的多個第一電極134a與多個第二電極134b(正、負極)，在電極(第一電極134a與第二電極134b)上方則鋪設絕緣層，防止液體樣本130與電極(第一電極134a與第二電極134b)直接接觸。為了減少液珠140與液體傳送裝置102及/或蓋體124間的摩擦力以方便操控，可選擇性的在液體傳送裝置102及/或蓋體124上塗佈具備疏水性材質特性的薄膜(第一與第二疏水層136、138)。此外，若液體樣本130為生物樣本等，則在偵測區114將第一疏水層136做移除處理以方便反應進行。液體傳送裝置102是採用電溼潤技術以提供液珠140驅動力。當施加電壓於兩電極(第一電極134a與第二電極134b)間時，兩電極(第一電極134a與第二電極134b)因電位差而產生感應電場，此感應電場會穿透絕緣層所造成之等效電容進入液珠140，並於液珠140內部產生感應電荷，進而改變液珠140之表面能狀態，而使其液-固間之接觸角發生變化。當此液珠140兩邊之接觸角不相等時，即發生力的不平衡現象而運動，因此液珠140傾向停留在通電電場密集處以達平衡。如要控制其移動則只需按照順序切換兩電極(第一電極134a與第二電極134b)，液珠140即依照切換順序移動。
上述說明本發明生化檢測裝置，接著說明本發明之生化檢測方法。
首先，提供生化檢測裝置，此生化檢測裝置例如是圖1所示的生化檢測裝置。供給液體樣本130至樣本區A。然後，驅動液珠控制裝置108，以將液體樣本130離散化(discretize)為液珠140(droplets)，並於第一電極及第二電極間提供相對電壓，以產生對液珠140之驅動力，將液體樣本130從樣本區A傳送至偵測區1。其中，將液體樣本130從樣本區A傳送至偵測區1採用連續供給的方式供給液體樣本130的液珠140，使液珠140依序進入偵測區1。
當足夠的液體樣本130進入偵測區1後，驅動旋轉裝置110，以例如60rpm至120rpm的轉速旋轉載體106，使液體樣本130因離心力作用而集中，使光較易入射至液體樣本130。將光源120的光入射至偵測區1，在偵測區1產生反射光。利用偵測器122偵測反射光的狀態。藉此可以對液體樣本130作分析。反射光的狀態可以包含光強、相位及共振波長等。在測試結束後，從偵測區1移除液體樣本130。
在從偵測區1移除液體樣本130的步驟中，利用液珠控制裝置108，將液體樣本130從偵測區1傳送至回收區a。其中，將液體樣本130從偵測區1傳送至回收區a採用連續供給的方式供給液體樣本130的液珠140，使液珠140依序進入回收區a。
在本發明中，在從偵測區1移除液體樣本130的步驟，也可驅動旋轉裝置110以大於600rpm的轉速旋轉載體106，將液體樣本130從偵測區1旋出。在偵測區1甚至樣本區A旁也可分別設置第一間隔件126與第二間隔件128，可提供液體樣本130在測試時抵抗一定程度之離心力。測試完畢後，以載體106旋轉之離心力將液體樣本130帶離偵測區1。
在另一實施例中，不同的液體樣本130可分別存放於四個樣本區A、B、C、D。然後，將液體樣本130由四個樣本區A、B、C、D中移出，以液珠140的形式在電極軌道118上移動，進入偵測區1。其餘樣本區B、C、D中之液體樣本130也可利用中心之環狀電極軌道118而進入偵測區2、3、4。使偵測區1、2、3、4具有不同液體樣本130的混合液。當然，也可以藉由驅動液珠控制裝置108，使偵測區1、2、3、4中分別具有不同組成比例的液體樣本130。
當具有不同組成比例的液體樣本130分別進入偵測區1、2、3、4後，驅動旋轉裝置110，以60rpm至120rpm的轉速旋轉載體106。將光源120的光分別入射至偵測區1、2、3、4，在偵測區1、2、3、4產生反射光。利用偵測器122偵測反射光的狀態。藉此可以對液體樣本130作分析。反射光的狀態可以包含光強、相位及共振波長等。在測試結束後，從偵測區1、2、3、4移除液體樣本130。
在從偵測區1、2、3、4移除液體樣本130的步驟中，利用液珠控制裝置108，將液體樣本130從偵測區1、2、3、4分別傳送至回收區a、b、c、d。其中，將液體樣本130從偵測區1、2、3、4分別傳送至回收區a、b、c、d採用連續供給的方式供給液體樣本130的液珠140，使液珠140依序進入回收區a、b、c、d。
在本發明中，在從偵測區1、2、3、4移除液體樣本130的步驟，也可驅動旋轉裝置110以大於600rpm的轉速旋轉載體106，將液體樣本130從偵測區1、2、3、4旋出。偵測區1、2、3、4甚至樣本區A、B、C、D旁也可有第一間隔件126(spacer)與第二間隔件、128，可提供液體樣本130在測試時抵抗一定程度之離心力。測試完畢後，以載體106旋轉之離心力將液體樣本130帶離測試區1、2、3、4至回收區a、b、c、d。
在上述生化檢測方法中，在流體流通路徑上，設置有多個電極，藉由在電極通電改變液體與接觸面的角度，有秩序的開關電極對使液珠能藉此被操控運動。
在上述生化檢測方法中，若是在偵測區的金屬薄膜上植入具有生化官能基的化合物，植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率與只有金屬薄膜本身的表面折射率不同，而且在具有生化官能基的化合物與樣本液體抗原結合時，更進一步植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率，此方法也可以應用在觀測與判別DNA、蛋白質等雜交反應上，甚至化學物質之間的結合、解離能力與平衡的判定，藉此可以施行各種生化檢驗。
綜上所述，本發明的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，由於利用EWOD技術進行流體操控，因此不需使用外加壓差或外加泵浦作為驅動源，可簡化系統架構及組合的複雜性，並縮小系統之體積，而達到降低儀器成本的目的。
而且，本發明的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，利用EWOD技術(電濕潤技術)將連續流體分離為離散液珠，可以精準控制流體傳輸與混合的順序，隨需要改變行經路徑與設定，並且精準控制所傳輸的液體量，從而達到避免樣本用量誤差與浪費的目的。
本發明的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，可適用於表面電漿共振法。若是在偵測區的金屬薄膜上植入具有生化官能基的化合物，植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率與只有金屬薄膜本身的表面折射率不同，而且在具有生化官能基的化合物與樣本液體抗原結合時，更進一步改變植入具有生化官能基的化合物的金屬薄膜的表面折射率，此方法也可以應用在觀測與判別DNA、蛋白質等雜交反應上，甚至化學物質之間的結合、解離能力與平衡的判定，藉此可以施行各種生化檢驗。
本發明的液體傳送裝置、生化檢測裝置及方法，可適用於螢光檢測法。若待測物質本身具有藉由能量集中的光束(如雷射)的照射而發出螢光的特性，則可直接檢測，並藉由讀取螢光強度以獲知待測物位置或定性及定量上之濃度。若待測物質本身不具有藉由能量集中的光束(如雷射)的照射而發出螢光的特性，待測物之濃度無法直接測量，則可藉由將螢光分子標定於待測物上，以特定波長且能量集中的光束(如雷射)去激發與待測物相接之螢光分子，並藉由讀取螢光強度以獲知待測物位置或定性及定量上之濃度，在靈敏度(sensitivity)或選擇性(selectivity)具較佳性能。
另一方面，本發明的生化檢測裝置與方法可以應用在藥物先期開發、蛋白質轉譯、動態基因雜交反應等工作上，對於加速生技製藥、保健食品、農業生技等開發或改良可節省樣本損耗，可精準定量。本發明的生化檢測裝置與方法應用在醫療檢測分析實驗室時，可以便於使用，節省建制成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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內，當可作些許之更動與潤飾，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．．．生化檢測裝置
102．．．液體傳送裝置
104．．．光學裝置
106．．．載體
108．．．液珠控制裝置
110．．．旋轉裝置
130．．．液體樣本
140．．．液珠
112、A、B、C、D．．．樣本區
1、2、3、4、114．．．偵測區
116、a、b、c、d．．．回收區
118．．．電極軌道
118a．．．環狀電極軌道
118b．．．放射狀電極軌道
120．．．光源
122．．．偵測器
124．．．蓋體
126．．．第一間隔件
128．．．第二間隔件
126a．．．第一輸出口
128a．．．第二輸入口
128b．．．第二排出口
132．．．絕緣層
134a．．．第一電極
134b．．．第二電極
136．．．第一疏水層
138．．．第二疏水層
142．．．間隔件
144．．．引線
146．．．接墊
圖1所繪示為本發明之一實施例之一種生化檢測裝置的示意圖。
圖2所繪示為本發明之一實施例之一種生化檢測裝置的部分放大示意圖。
圖3所繪示為本發明之一實施例之液珠控制裝置的剖面示意圖。
圖4所繪示為本發明之一實施例之電極圖案的示意圖。
100．．．生化檢測裝置
102．．．液體傳送裝置
104．．．光學裝置
106．．．載體
110．．．旋轉裝置
112、A、B、C、D．．．樣本區
1、2、3、4、114．．．偵測區
116、a、b、c、d．．．回收區
118．．．電極軌道
118a．．．環狀電極軌道
118b．．．放射狀電極軌道
120．．．光源
122．．．偵測器
126．．．第一間隔件
128．．．第二間隔件
130．．．液體樣本
140．．．液珠

Claims (42)

  1. 一種液體傳送裝置，包括：一載體；以及一液珠控制裝置，設置於該載體上，用以將一液體樣本離散化(discretize)為液珠(droplets)，並產生對液珠之驅動力，以傳送該液體樣本，該液珠控制裝置包括：至少一樣本區，用於載置該液體樣本；至少一偵測區，對該液體樣本進行偵測；以及一電極軌道設置在該樣本區與該偵測區之間，其中該電極軌道包括一環狀電極軌道。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，更包括：一第一間隔件，設置成包圍該樣本區，且具有一第一輸出口；以及一第二間隔件，設置成包圍該偵測區，且具有一第二輸入口與一第二排出口。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，其中該載體包括一圓盤型碟片或一方形片，且該載體的表面具有光柵結構。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液體傳送裝置，其中該液珠控制裝置設置在該載體的具有光柵結構的表面上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，其中該載體的材質為塑膠材料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，更包括：至少一回收區，以回收該偵測區內之該液體樣本；以 及在該偵測區與該回收區之間設置該電極軌道。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，其中該電極軌道包括多個第一電極與多個第二電極，且該些第一電極與該些第二電極彼此相鄰並交錯以線狀排列以及構成該環狀電極軌道。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，更包括：一第一疏水層，設置於該電極軌道表面。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，其中該偵測區可植入具有生化官能基的化合物，使該偵測區具有親水性。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，更包括一蓋體，以蓋住該載體。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之液體傳送裝置，更包括一第二疏水層，設置於該蓋體面對該載體的表面上。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，更包括一旋轉裝置，該載體載置在該旋轉裝置上。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之液體傳送裝置，其中該液珠控制裝置使用電濕潤(electrowetting on dielectric)技術將該液體樣本離散化為液珠。
  14. 一種生化檢測裝置，包括：一液體傳送裝置，包括：一載體；一液珠控制裝置，設置於該載體上，用以將一液體樣本離散化(discretize)為液珠(droplets)，並產生對液珠 之驅動力，以傳送該液體樣本，該液珠控制裝置包括至少一樣本區、至少一偵測區與一電極軌道，該電極軌道設置於該樣本區與該偵測區之間，其中該電極軌道包括一環狀電極軌道；以及一旋轉裝置，該載體載置在該旋轉裝置上；一光學裝置，設置於該液體傳送裝置上，該光學裝置包括：一光源，該光源的光入射至該偵測區；以及一偵測器，偵測從該偵測區反射的一反射光。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，更包括：一第一間隔件，設置成包圍該樣本區，且具有一輸出口；以及一第二間隔件，設置成包圍該偵測區，且具有一輸入口與一排出口。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，其中該載體包括一圓盤型碟片或一方形片，且該載體的表面具有光柵結構。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之生化檢測裝置，其中該液珠控制裝置設置在該載體的具有光柵結構的表面上。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，其中該載體的材質為塑膠材料。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，更包括： 至少一回收區；以及在該偵測區與該回收區之間設置該電極軌道。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，其中該電極軌道包括多個第一電極與多個第二電極，且該些第一電極與該些第二電極彼此相鄰並交錯以線狀排列以及構成該環狀電極軌道。
  21. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，更包括一第一疏水層，設置於該電極軌道表面。
  22. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，其中該偵測區可植入具有生化官能基的化合物，使該偵測區具有親水性。
  23. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，更包括一蓋體，以蓋住該載體。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測裝置，更包括一第二疏水層，設置於該蓋體面對該載體的表面上。
  25. 如申請專利範圍第14項所述之生化檢測裝置，其中該液珠控制裝置使用電濕潤(electrowetting on dielectric)技術將該液體樣本離散化為液珠。
  26. 一種生化檢測方法，包括：提供一生化檢測裝置，包括：一液體傳送裝置，包括：一載體；一液珠控制裝置，設置於該載體上，包括至少一樣本區、至少一偵測區與一電極軌道設置在該樣本區與該偵測區之間，其中該電極軌道包括一環狀電極軌道； 以及一旋轉裝置，該載體載置在該旋轉裝置上；以及一光學裝置，設置於該液體傳送裝置上，包括一光源與一偵測器；供給一液體樣本至該樣本區；驅動該液珠控制裝置，以將該液體樣本離散化(discretize)為液珠(droplets)，並產生對液珠之驅動力，將該液體樣本從該樣本區傳送至該偵測區；驅動該旋轉裝置，以一第一轉速旋轉該載體；將該光源的光入射至該偵測區，在該偵測區產生一反射光；利用該偵測器偵測該反射光的狀態；以及從該偵測區移除該液體樣本。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中從該偵測區移除該液體樣本的步驟中，利用該液珠控制裝置，將該液體樣本從該偵測區傳送至一回收區。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中從該偵測區移除該液體樣本的步驟中，驅動該旋轉裝置以一第二轉速旋轉該載體，將該液體樣本從該偵測區旋出。
  29. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中該第一轉速為60rpm至120rpm。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之生化檢測方法，其中該第二轉速為大於600rpm。
  31. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其 中該生化檢測方法包括螢光法或表面電漿共振法。
  32. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中該載體包括一圓盤型碟片或一方形片，且該載體的表面具有光柵結構。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之生化檢測方法，其中該液珠控制裝置設置在該載體的具有光柵結構的表面上。
  34. 如申請專利範圍第32項所述之生化檢測方法，其中該載體的材質為塑膠材料。
  35. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中該電極軌道包括彼此分離的多個第一電極與多個第二電極，且該些第一電極與該些第二電極彼此相鄰並交錯以線狀排列以及構成該環狀電極軌道，藉由於該些第一電極及該些第二電極間提供一相對電壓，以產生對液珠之驅動力，將該液體樣本傳送至該偵測區。
  36. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，更包括於該偵測區植入具有生化官能基的化合物。
  37. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中該載體包括多個樣本區與多個偵測區，該方法更包括：供給多個液體樣本至該些樣本區；驅動該液珠控制裝置，以將該些液體樣本分別離散化為液珠，並產生對液珠之驅動力，將該些液體樣本分別從該些樣本區傳送至該些偵測區，使該些偵測區中分別具有不同組成比例的該些液體樣本；驅動該旋轉裝置，以一第一轉速旋轉該載體； 使該光源的光入射至該些偵測區，分別在該些偵測區產生一反射光；利用該偵測器偵測該些反射光的狀態；以及從該些偵測區移除該些液體樣本。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之生化檢測方法，其中從該偵測區移除該些液珠的步驟中，利用該液珠控制裝置，將該些液體樣本從該些偵測區傳送至一回收區。
  39. 如申請專利範圍第37項所述之生化檢測方法，其中從該偵測區移除該些液體樣本的步驟中，驅動該旋轉裝置以一第二轉速旋轉該載體，將該些液體樣本從該些偵測區旋出。
  40. 如申請專利範圍第37項所述之生化檢測方法，其中該第一轉速為60rpm至120rpm。
  41. 如申請專利範圍第39項所述之生化檢測方法，其中該第二轉速為大於600rpm。
  42. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測裝置，其中該液珠控制裝置使用電濕潤(electrowetting on dielectric)技術將該液體樣本離散化為液珠。
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