TWI470224B

TWI470224B - 檢測系統及檢測方法

Info

Publication number: TWI470224B
Application number: TW100147918A
Authority: TW
Inventors: Yen Heng Lin; Shih Hao Wang
Original assignee: Univ Chang Gung
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2015-01-21
Also published as: TW201326813A

Description

檢測系統及檢測方法

本發明係關於一種檢測系統，尤其是一種具有微流體元件之檢測系統。

傳統的生化檢測，受限於儀器設備及技術，具有高成本、效率差、人為操作汙染等問題，透過微機電系統技術可將檢測儀器微小化於晶片上，不僅降低成本，更能提高其性能及附加價值。微流體裝置係將微量(微升(microliter)/奈升(nanoliter))液體導入具有微流道之元件中，以進行反應的裝置。透過微機電系統技術及微流體技術的結合，可把取樣(sampling)、混合、傳輸、前處理、分離、反應、檢測等功能整合在微流體晶片(microfluidic chip)上，達到自動化分析之目的。不僅具有體積小、成本低、檢測效能高、靈敏度及專一性高、樣品及試劑消耗量低、低耗能等優點，也同時能避免人為操作之汙染、誤差等問題。第200911375號台灣專利便揭露一種微流體晶片，流體液滴可於該微流體裝置中被運輸及分析。

藉由生物醫學技術、微機電系統技術及微流體技術的整合，可將生物分子應用於微流體裝置中，以執行各種生化檢測。此等微流體裝置(如：微流體生醫晶片)，可廣泛應用於臨床檢測、基因工程、環境檢測、食品檢驗、藥物研發、軍事偵測等領域。舉例來說，可將酵素固定於晶片中的感測器(電極表面)，以透過酵素與特定物質的專一性反應進行檢測。習知技術多利用物理吸附法、酵素包埋法、分子共價鍵法等方式，將酵素在不失去其活性的前提下固定於感測器(電極表面)，以整合於晶片中。第I328115號台灣專利、第I318107號台灣專利以及第I247113號台灣專利分別揭露使用聚乙烯醇光聚合物(poly(vinyl alcohol)bearing styrylpyridinium groups,PVA-SbQ)包埋酵素以於離子感測電極上形成牢固的酵素薄膜，或使用3-環氧丙醇丙基三甲基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane,GPTS)將酵素牢固於離子感測電極上。

在製作封裝有酵素的裝置時，係可將酵素固定於感測器後，再將其置入微流體裝置(如微流體晶片)。然而，於此製造方式中，後續的封裝製程會影響甚至破壞酵素的活性。又或者，在製作封裝有酵素的裝置時，可先將感測器埋入微流體裝置(如微流體晶片)，再藉由物理吸附法、酵素包埋法、分子共價鍵法等方式，將酵素牢固於感測器。然由於感測器被侷限在微小的裝置(晶片)中，因此要將酵素固定在感測器上具有相當大的技術困難。此外，封裝於裝置中的酵素會因長期使用或保存不佳等而影響/喪失其活性，同時，也容易因重複使用造成污染，此等問題都會影響感測品質。再者，由於酵素係以上述方法牢固於感測器上，因而也無法因應不同的檢測而更換酵素。因此，仍需要研發能解決上述缺失，且具產業利用性之檢測系統及方法。

有鑑於先前技術之缺失，本發明提供一種檢測系統，包括：微流體(microfluidic)元件，包括入口、出口及微流道結構，其中，該微流道結構與該入口及該出口連通，該微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道與該第二微流道連通，且該第一微流道之內徑係大於該第二微流道之內徑；以及複合物，包括載體及用於檢測之化學物質，其中，該載體係與化學物質結合以形成該複合物，以及該複合物係進入該微流道結構以置於該第一微流道。

根據本發明一具體實施例，該複合物無法進入該第二微流道。根據本發明一具體實施例，該複合物之尺寸係令該複合物無法進入該第二微流道。根據本發明一具體實施例，該複合物係透過該入口以進入該微流道結構。

根據本發明一具體實施例，該微流體元件復包括感測件，該感測件係設置為相鄰於該微流道結構。於部分態樣中，該感測件係電化學感測件。

根據本發明一具體實施例，檢測系統復包括定位元件，用以令進入該微流道結構之該複合物定位。於部分態樣中，該定位元件為磁性物質。

根據本發明一具體實施例，該載體係膠體，且該載體係包覆該生物分子以形成為微珠。根據本發明一具體實施例，該載體係磁性物質，且該化學物質係結合至該載體之表面。

根據本發明一具體實施例，該複合物之製造係包括下列步驟：混合該化學物質及用以形成該載體之材料，以形成混合物；以及乳化該混合物，以形成由該載體包覆該化學物質而成之微珠。

根據本發明一具體實施例，該化學物質係包括用以與檢體中之待測物反應之物質。於部分態樣中，該檢體係進入該微流道結構，以與已進入該微流道結構之該複合物接觸。

本發明復提供一種檢測方法，其係使用本發明之檢測系統以檢測檢體中之待測物，該檢測方法包括：令該複合物進入該微流體元件以置於該微流道結構中；以及，令檢體進入該微流體元件以與該複合物接觸。

根據本發明一具體實施例，該檢測方法復可包括自該微流體元件移除該複合物。

根據本發明一具體實施例，該待測物係包括用以與該化學物質反應之物質。

本發明之檢測系統及方法，不僅提高了檢測系統之使用自由度，也提高其使用價值。透過本發明，不但可解決習知技術的缺失，亦能提昇檢測之品質，極具產業利用性。

以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容瞭解本發明之其他優點與功效。本發明也可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

除非文中另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之單數形式「一」及「該」包括複數個體。

除非文中另有說明，否則說明書及所附申請專利範圍中所使用之術語「或」通常包括「及/或」之含義。

本發明提供一種檢測系統，包括：微流體元件，包括入口、出口及微流道結構，其中，該微流道結構與該入口及該出口連通；以及複合物，包括載體及用於檢測之化學物質，其中，該載體係與化學物質結合以形成該複合物，以及該複合物係進入該微流道結構以進行檢測。微流體元件係用以提供進行檢測之場所。根據本發明提供之檢測系統，係透過進入微流體元件之微流道結構中的複合物，與進入微流體元件之微流道結構之檢體中的待測物接觸產生反應，而進行檢測(包括：感測、分析(如定性分析、定量分析等)等)。檢體可透過微流體元件之入口進入微流體元件，並且透過微流體元件之出口離開微流體元件。

微流體元件，係指具有微流道結構之元件。可使用各種習知技術於基板中形成微流道結構，以製作微流體元件。基板的實例包括，但不限於：矽基板、玻璃基板、石英基板、高分子聚合物(例如：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、環烯烴聚合物(cyclic olefin copolymers)、聚苯乙烯、聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS))基板。可使用一或多種基板製造微流體元件。可使用一或多個基板製造微流體元件。微流體元件可為一或多層結構。此外，亦可於基板設置保護層。可使用本領域習知的材料(例如：樹脂(諸如：環氧樹脂))製作保護層。根據本發明一具體實施例，可使用基板及/或保護層之開口定義微流體元件之入口、出口。

根據本發明，微流體元件中的微流道結構，可具有複數個微流道，該等微流道之截面形狀可為任何形狀。微流道結構中的複數個微流道可具有不同的內徑(包括：高度、寬度)及/或不同的截面形狀。當複合物進入該微流道結構時，可因內徑或截面形狀之改變而定位於微流道結構中。例如，當複合物進入微流道結構時，會因內徑(包括：高度、寬度)之改變(如變小)而無法前進，因而定位或固定於發生上述改變之前的位置。根據本發明一具體實施例，微流道之內徑及/或截面形狀的變化，係令複合物定位或固定於所欲之位置。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括複數個具不同內徑(包括：高度、寬度)之微流道，由於複合物無法自具較大內徑之微流道進入具較小內徑之微流道，因此達到定位或固定之效果。根據本發明一具體實施例，複合物之尺寸使其無法自具較大內徑之微流道進入具較小內徑之微流道。此外，微流道結構亦可設置有可分別通入不同檢體的微流道。

於本發明之部分態樣中，微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道及該第二微流道具有不同的內徑(包括：高度、寬度)。根據本發明一具體實施例，該第一微流道與該第二微流道連通。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括連續設置之第一微流道及第二微流道。

根據本發明一具體實施例，複合物係進入該第一微流道，且複合物無法進入第二微流道。於此具體實施例之部分態樣中，該第一微流道之內徑係大於該第二微流道者。於此具體實施例之部分態樣中，由於複合物之尺寸使得其無法自第一微流道進入具較小內徑之第二微流道，因而使該複合物置於該第一微流道，而達到定位或固定之效果。

可使用任何方式令複合物進入或離開微流體元件。根據本發明一具體實施例，複合物係透過微流體元件之入口進入微流道結構。於此等實施例之部分態樣中，可使用各種輔助方式令複合物進入或離開微流體元件。根據本發明一具體實施例，進入微流道結構之複合物，無法自具較大內徑之第一微流道進入具較小內徑之第二微流道，因而達到定位或固定之效果。於此具體實施例之部分態樣中，複合物之尺寸係使其無法自具較大內徑之第一微流道進入具較小內徑之第二微流道。根據本發明一具體實施例，複合物係透過微流體元件之入口進出微流道結構。

此外，亦可視需要於微流道之表面進行修飾(例如，使用特定物質或特定官能基進行修飾)。再者，也可利用微流道結構之材質、微流道之內徑及/或截面形狀之變化等，以調整流體樣品(如檢體)於微流體元件中之流速或流動模式等。另外，亦可於微流體元件中設置流體樣品(如檢體)體積控制單元，以控制進入微流體元件之流體樣品(如檢體)的量。

根據本發明一具體實施例，檢測系統可具有定位元件。定位元件並無特殊限制，只要能達到令進入該微流道結構之該複合物定位的效果即可。定位元件可設置為令複合物定位或固定於所欲之位置。舉例而言，定位元件可為磁性物質。磁性物質並無特別限制，只要是具有磁性特性者(例如，但不限於：元素週期表上的B族元素、其化合物、其混合物等)即可。根據本發明一具體實施例，定位元件係設置以令進入該微流道結構之該複合物定位或固定。舉例而言，利用磁性物質之吸引，可使進入微流道結構之複合物定位，並且排列更加地均勻。根據本發明一具體實施例，透過包括複數個具不同內徑之微流道的微流道結構，可達到複合物之定位或固定效果；同時，透過定位元件之設置，可加強複合物之定位或固定效果。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道與該第二微流道連通，且該第一微流道及該第二微流道具有不同的內徑，複合物係進入該第一微流道，且該複合物無法進入該第二微流道。於此等實施例之部分態樣中，定位元件可設置為令複合物定位或固定於第一微流道。此外，定位元件亦可視需要設置為對進入微流道結構之流體樣品(如，檢體)產生其他所欲之影響。

根據本發明之檢測系統，複合物可通入微流體元件或自微流體元件移除，不僅提高了檢測系統之使用自由度，也提高其使用價值。根據本發明一具體實施例，複合物係透過微流體元件之入口進入微流道結構。根據本發明一具體實施例，複合物係透過微流體元件之入口離開微流道結構。透過本發明，僅需簡單透過通入或移除複合物，便可依需要(例如，受測物的種類、複合物中化學物質之狀態)使用或更換複合物。根據本發明一具體實施例，複合物係透過包括複數個具不同內徑及/或不同的截面形狀之微流道的微流道結構，而定位或固定於微流道結構。如此定位或固定的複合物可輕易地自微流體元件移除。根據本發明一具體實施例，複合物係透過包括複數個具不同內徑及/或不同的截面形狀之微流道的微流道結構，而定位或固定於微流體元件中，再者，微流體元件中的定位元件(例如，磁性物質)進一步加強了定位或固定複合物的效果。如此定位或固定的複合物可輕易地自微流體元件移除。因此，透過本發明，僅需透過簡單地置入或移除複合物，便可依需要選擇、更換所需的複合物。再者，藉由本發明，可不需更換或丟棄微流體元件(可僅更換複合物)，便能令檢測系統得以依需要(例如，檢測不同待測物)進行檢測。此外，透過本發明，可藉由簡便地更換複合物，而解決習知技術中因化學物質之長期使用或保存不佳而降低/喪失活性、重複使用造成污染等的缺失。另外，透過本發明，可視需要地在欲實施檢測時，方將複合物置入微流體元件中，不僅提高便利性，亦能提昇檢測系統之品質(例如，避免化學物質之活性降低/喪失、重複使用造成之污染等的缺失)。

微流體元件可包括感測件。感測件並無特殊限制。用於微流體元件之感測件的實例包括，但不限於：熱學感測件、光學感測件、電化學感測件、聲學感測件等。根據本發明一具體實施例，微流體元件中的感測件可使用電化學感測件。感測件可具有訊號轉換(signal transduction)、訊號處理(signal processing)等單元。感測件係設置為相鄰於微流道結構。根據本發明一具體實施例，進入微流體元件之複合物係定位或固定為相應於感測件。當複合物與待測物接觸產生反應後，透過感測件可將反應產生之物理(熱、壓力、質量、磁場)量或化學量的改變轉換成，例如，電訊號，以進行檢測。

可使用本領域中習知的感測件材料作為感測件，亦可使用本領域習知的技術製造感測件並整合於本發明之檢測系統中。舉例來說，感測件可為，例如，使用電晶體(例如，但不限於：場效電晶體(field effect transistor)(諸如，離子感測場效電晶體(ion sensitive field effect transistor))製成。於此等例子中，可使用例如，但不限於：二氧化矽、氮化矽、氧化鉭、氧化鋁、二氧化錫、氧化銦錫、氮化鈦、氧化銥、鏑鈦化合物等製作感測膜。於此等例子中，進入微流體元件之複合物，係定位或固定為相應於感測件中用於感測之電晶體；或者，相應於感測電極(該感測電極係以導線連接其電晶體)。根據本發明一具體實施例，感測件係包括感測電極，該感測電極係以導線連接其電晶體，且該感測電極係設置為相鄰於該微流道結構。於此等實施例中，進入微流體元件之複合物，係定位或固定為相應於感測件之感測電極。此外，可利用習知的技術(例如微機電技術)於微流體元件中進一步整合，例如，但不限於：參考電極(或電晶體)、比較電極(或電晶體)、量測電路/量測系統(用以量測，例如：光學(特定波長之吸收光、螢光、冷光)、電(電壓、電流、電位、電阻)、磁、熱、力學等訊號，顏色改變等)及/或相關電路/裝置(例如，用以進行訊號轉換、訊號過濾、訊號放大者)等。於部分例子中，可利用習知的技術(例如微機電技術)於微流體元件中整合參考電極(或電晶體)、比較電極(或電晶體)及/或相關電路，並且，進一步連接至量測系統。另外，除了配合複合物以進行感測外，感測件亦可設計以感測一或多種參數。舉例來說，感測件除了透過複合物以進行感測外，同時亦可另設置有感測單元以進行另外的感測。舉例而言，感測件可透過複合物以進行特定待測物之檢測，同時，亦可於感測件中設置有其他感測單元以進行檢體中其他待測物之檢測或其他參數之檢測。

根據本發明一具體實施例，定位元件係設置以令複合物定位或固定為相應於感測件。根據本發明一具體實施例，微流道之內徑及/或截面形狀的變化，係令複合物定位或固定為相應於感測件。根據本發明一具體實施例，感測件係設置為相鄰於該微流道結構。於此等實施例之部分態樣中，感測件之設置係考量微流道之內徑及/或截面形狀的變化，及/或定位元件之設置，而令進入微流道結構之複合物能相應於感測件。於此等實施例之部分態樣中，定位元件之設置係考量感測件之設置及/或微流道之內徑及/或截面形狀的變化。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道與該第二微流道連通，且該第一微流道及該第二微流道具有不同的內徑，複合物係進入該第一微流道，且該複合物無法進入該第二微流道。於此等實施例之部分態樣中，感測件可設置為相應於第一微流道。於此具體實施例之部分態樣中，複合物之尺寸係使複合物無法進入第二微流道。

此外，微流體元件中，可視需要設置其他功能性單元。舉例來說，用以進行，例如，但不限於：清洗、稀釋、分離、分解、乾燥、濃縮、混合、溫度調整、pH調整、修飾、標記(諸如：酵素、抗原、抗體、螢光、冷光、放射性元素、顯色物質、奈米微粒(nanoparticle)、磁珠等)、抗凝、抗退化、抗降解、氣體排放(例如，排出流體樣品中所含氣體，避免氣泡對檢測造成之影響)等之功能性單元。上述功能性單元可用於處理，例如，感測/分析(與複合物接觸)前或後之檢體。另外，微流體元件中亦可視需要設置，例如，但不限於：驅動裝置(例如，機械幫浦、電動幫浦等)、流速控制裝置(例如控制幫浦)、擾流產生裝置、電性裝置等，以對檢體通入微流體元件產生所欲的調整。

根據本發明一具體實施例，微流體元件係微流體晶片。於此等實施例之部分態樣中，微流體元件係利用微機電技術而製成之微流體晶片。可使用各種習知技術(例如，蝕刻、直接成型、PDMS翻模(PDMS demolding)、類LIGA製程等)於基板中形成微流道結構，並配合晶片接合等技術以製作微流體晶片。基板的實例包括，但不限於：矽基板、玻璃基板、石英基板、高分子聚合物(例如：聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、環烯烴聚合物、聚苯乙烯、聚二甲基矽氧烷(PDMS))基板。可使用一或多種基板製造微流體元件。可使用一或多個基板製造微流體元件。可使用一或多種基板材料製造微流體元件。微流體元件可為一或多層結構。例如，可接合多層基板以製作微流體元件。又例如，可將於不同基板上製作之部分進行整合以製作微流體元件。此外，亦可於基板設置保護層。可使用本領域習知的材料(例如：樹脂(諸如：環氧樹脂))製作保護層。根據本發明一具體實施例，可使用基板及/或保護層之開口定義微流體元件之入口、出口。於此等實施例之部分態樣中，可藉由微機電技術設置感測件。於此等實施例之部分態樣中，可視需要藉由微機電技術設置如前文所述之電晶體、電路、儀器、裝置、功能性單元等。於此等實施例之部分態樣中，可於基板中形成微流道結構，並與設置有電極之基板接合，以製作微流體元件，其中，感測件係係相應於電極及微流道結構而設置。根據本發明一具體實施例，微流體元件可為一或多個微流體晶片。使用微機電技術製作微流體晶片為本領域所習知，於此不再贅述。可使用本領域習知微流體晶片的製作方法製作微流體元件。此外，亦可使用數位微流體晶片或連續微流體晶片。

本發明檢測系統之複合物，係包括載體及用於檢測之化學物質。用於本發明檢測系統之複合物的載體並無特別限制。載體可透過各種方式與化學物質產生結合關係。例如，載體可透過各種物理或化學方式(例如，但不限於：物理吸附(physical absorption)、離子鍵結(ion bonding)、共價連結(covalent coupling)、交聯(cross-linking)、包埋(entrapment)、共聚合(copolymerization)等)固定用於檢測之化學物質。根據本發明，可使用本領域各種習知的方式，使化學物質及載體發生交互關係而形成複合物。舉例而言，可利用各種習知方法令載體包覆/包埋化學物質而形成複合物。或者，可利用各種物理及/或化學方法令化學物質與載體產生結合關係(諸如，令化學物質結合至載體之表面)而形成複合物。

根據本發明一具體實施例，載體係可包覆(包括：包埋)該化學物質者，例如，可使用膠體作為載體。膠體的實例包括，但不限於：海藻膠(algin)、叉紅藻膠(furcellaran)、果膠、瓊脂(agar)、瓊脂糖(agarose)、幾丁聚醣(chitosan)、蒟蒻葡甘露聚糖(konjac glucomannan)、卡特蘭多醣(curdlan)、結冷膠(gellan)等，其衍生物、其類似物，以及及其混合物等。根據本發明一具體實施例，可使用膠體作為載體，以令該載體包覆該化學物質並形成為微珠(或毫微珠)。可使用本領域各種習知的方式，使化學物質與載體形成為微珠之複合物。於此等實施例之部分態樣中，係利用包括乳化等方式，製作呈微珠之複合物。

根據本發明一具體實施例，複合物之製造係包括下列步驟：混合該化學物質及用以形成該載體之材料，以形成混合物；以及，乳化該混合物，以形成由該載體包覆該化學物質而成之微珠。舉例而言，在以膠體作為載體之例子中，可將化學物質與用以形成該膠體之材料混合，並以乳化處理混合物，以形成微珠。使用乳化的方法製作複合物，不僅方便、成本低廉，亦可依需求選擇所欲之微珠尺寸。可使用本領域中各種習知的方法及材料進行乳化。藉由乳化製作呈微珠之複合物的實施方式，如後文中之實施例所述，但不限於此。根據本發明一具體實施例，複合物之製造復包括於乳化該混合物後進行固化。可使用本領域中各種習知的方法及材料(例如，但不限於：陽離子(諸如：鈣離子、鉀離子，等等)之各種來源(例如，但不限於：氯化鈣、氯化鉀，等等))進行固化。可採用如後文中之實施例所述之方式進行固化，但不限於此。

根據本發明一具體實施例，微珠之粒徑係可根據微流道結構中微流道之內徑而設計。根據本發明一具體實施例，微流道結構中微流道之內徑係可根據微珠之粒徑而設計。較佳地，微珠之粒徑係使微珠能過通過內徑相對較大之微流道，而無法通過內徑相對較小之微流道。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道與該第二微流道連通，且該第一微流道及該第二微流道具有不同的內徑，複合物係進入該第一微流道，且該複合物無法進入該第二微流道。於此具體實施例之部分態樣中，複合物之尺寸係使複合物無法進入該第二微流道。於此具體實施例之部分態樣中，微珠之粒徑係使微珠能透過微流體元件之入口以進入該第一微流道，且無法進入該第二微流道。微珠之粒徑可為100至2000微米，較佳為90至170微米。

根據本發明一具體實施例，除了該化學物質外，載體亦可包覆(包括：包埋)有磁性物質(例如，但不限於：磁珠(magnetic bead))。磁性物質並無特別限制，只要是具有磁性特性者(例如，但不限於：元素週期表上的B族元素、其化合物、其混合物等)即可。於此等實施例之部分態樣中，複合物中的磁性物質，可配合微流體元件之定位元件(例如：磁性物質)，以加強複合物之定位或固定效果。舉例而言，複合物中的磁性物質及微流體元件之定位元件(例如：磁性物質)，可使進入微流道結構之複合物定位或固定，並且排列更加地均勻。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道與該第二微流道連通，且該第一微流道及該第二微流道具有不同的內徑，複合物係進入該第一微流道，且該複合物無法進入該第二微流道。於此具體實施例之部分態樣中，複合物之尺寸係使複合物無法進入該第二微流道。於此等實施例之部分態樣中，複合物中的磁性物質，可配合微流體元件之定位元件(例如：磁性物質)，以令複合物定位或固定於第一微流道。可使用本領域習知的方法使載體包覆化學物質及磁性物質以成為複合物。可使用如前文所述之方法使載體包覆化學物質及磁性物質以製作呈微珠之複合物。

再者，可使用其他材料作為載體。根據本發明一具體實施例，可使用，例如，磁性物質作為載體。於此等實施例之部分態樣中，化學物質係結合至載體之表面，以形成複合物。可使用各種本領域所習知的方法，將化學物質直接或間接結合至載體之表面。磁性物質並無特別限制，只要是具有磁性特性者(例如，但不限於：元素週期表上的B族元素、其化合物、其混合物等)即可。於此等實施例之部分態樣中，作為載體的磁性物質，可配合微流體元件之定位元件(例如：磁性物質)，以加強複合物之定位或固定效果。舉例而言，作為載體的磁性物質及微流體元件之定位元件(例如：磁性物質)，可使進入微流道結構之複合物定位，並且排列更加地均勻。根據本發明一具體實施例，微流道結構包括第一微流道及第二微流道，該第一微流道與該第二微流道連通，且該第一微流道及該第二微流道具有不同的內徑，複合物係進入該第一微流道，且該複合物無法進入該第二微流道。於此具體實施例之部分態樣中，複合物之尺寸係使複合物無法進入該第二微流道。於此等實施例之部分態樣中，作為載體之磁性物質，可配合微流體元件之定位元件(例如：磁性物質)，以令複合物定位或固定於第一微流道。

用於本發明複合物之化學物質，可使用任何能用於檢測待測物之化學物質。根據本發明一具體實施例，化學物質係為載體所包覆(包括：包埋)。根據本發明一具體實施例，化學物質係結合至載體之表面。根據本發明一具體實施例，本發明複合物之化學物質包括用以與檢體中之待測物反應之物質。於此等實施例之部分態樣中，複合物之化學物質包括用以與檢體中之待測物發生專一性反應之物質。用以與檢體中之待測物反應之物質的實例包括，但不限於：核酸、胜肽、蛋白質、酵素、抗原、抗體、配體、受體、細胞、病毒、細菌、其衍生物、其類似物，或其混合物等等。可依待測物選擇所使用之化學物質。根據本發明一具體實施例，化學物質係用於檢測。具體來說，化學物質係用以與檢體中之待測物反應以進行檢測。檢體進入微流道結構後，與已進入微流道結構之複合物接觸，複合物之化學物質得以與檢體中之待測物(能與化學物質反應者)反應，以進行感測。舉例來說，如前文所述，使用電化學感測件時，可將化學物質與待測物之反應產生的化學量改變轉換成，例如，電訊號，以進行感測。

根據本發明之檢測系統，複合物可通入微流體元件或自微流體元件移除，不僅提高了檢測系統之使用自由度，也提高其使用價值。透過本發明，僅需簡單透過通入或移除複合物，便可依需要(例如，受測物的種類、複合物中化學物質之狀態)使用或更換複合物。根據本發明一具體實施例，複合物係透過包括複數個具不同內徑及/或不同的截面形狀之微流道的微流道結構，而定位或固定於微流道結構。如此定位或固定的複合物可輕易的自微流體元件移除。根據本發明一具體實施例，複合物係透過包括複數個具不同內徑及/或不同的截面形狀之微流道的微流道結構，而定位或固定於微流體元件中，再者，微流體元件中的定位元件(例如，磁性物質)進一步加強了定位或固定的效果。如此定位或固定的複合物可輕易的自微流體元件移除。因此，透過本發明，僅需透過簡單地置入或移除複合物，便可依需要選擇、更換所需的複合物。再者，藉由本發明，可不需更換或丟棄微流體元件(可僅更換複合物)，便能令檢測系統得以依需要(例如，檢測不同待測物)進行檢測。此外，透過本發明，可藉由簡便地更換複合物，而解決習知技術中因化學物質之長期使用或保存不佳而降低/喪失活性、重複使用造成污染等的缺失。另外，透過本發明，可視需要地在欲實施檢測時，方將複合物置入微流體元件中，不僅提高便利性，亦能提昇檢測系統之品質(例如，避免化學物質之活性降低/喪失、重複使用造成之污染等的缺失)。

待測物係可與複合物之化學物質反應之物質。例如，檢體中之待測物可為能與複合物之化學物質發生專一性反應之物質。適用之待測物係取決於複合物中所使用之化學物質。待測物的實例包括，但不限於：葡萄糖、胺基酸、尿素、尿酸、肌酐酸、核酸、胜肽、蛋白質、酵素、抗原、抗體、配體、受體、細胞、病毒、細菌、其衍生物、其類似物，或其混合物，等等。根據本發明一具體實施例，檢體進入微流道結構，與已進入該微流道結構之該複合物接觸，複合物之化學物質得以與檢體中之待測物(能與化學物質反應者)反應，以進行感測。舉例來說，如前文所述，使用電化學感測件時，可透過化學物質與待測物之反應產生的電化學變化進行感測。檢體可為各種流體樣品。流體樣品係包括可於某種程度上含有固體之氣體、液體、電漿、其混合物等，以及生化物質(例如：葡萄糖、胺基酸、尿素、尿酸、肌酐酸、核酸、胜肽、蛋白質、酵素、抗原、抗體、配體、受體、細胞、病毒、細菌、其衍生物、其類似物，或其混合物)等)。舉例而言，流體樣品可為，例如，但不限於：生物樣品(如：體液(血液、組織間液、尿液等)、組織、細胞、含有上述例示之待測物的生化樣品等)、化學樣品、人為提供之流體樣品等。

以下參考第1至3圖以例示說明根據本發明之檢測系統。惟需注意，該等圖式僅為示意圖，該等圖式及相關說明內容並非欲以限制本發明之範疇。

請參見第1A至1B圖，其係根據本發明一具體實施例之檢測系統的示意圖。如圖所示，檢測系統1包括微流體元件11及複合物13。微流體元件11包括入口111、出口113及微流道結構115。微流體元件11係用以提供進行檢測之場所。檢體可透過微流體元件11之入口111進入微流體元件11，並且透過微流體元件11之出口113離開微流體元件11。可使用習知技術製造微流體元件。可使用一或多種基板材料製造微流體元件。微流體元件可為一或多層結構。

微流道結構115與該入口111及該出口113連通。可透過各種習知技術於基板(基板的實例如前文所述)中形成微流道結構115，以製作微流體元件11。可使用一或多個基板製造微流體元件。可使用一或多種基板製造微流體元件。此外，亦可於基板設置保護層。如第1A’圖所示，微流體元件11係設置有保護層19。根據本發明一具體實施例，可使用基板及/或保護層之開口定義微流體元件11之入口111、出口113。根據本發明一具體實施例，微流體元件11係微流體晶片。於此等實施例之部分態樣中，微流體元件11係利用微機電技術而製成之微流體晶片。

微流體元件11中的微流道結構115，係用以提供進行檢測之場所。微流道結構115可具有複數個微流道，該複數個微流道可具有不同的內徑(包括：高度、寬度)及/或不同的截面形狀。根據本發明一具體實施例，微流道結構115包括第一微流道1151及第二微流道1153，第一微流道1151與第二微流道1153連通。該第一微流道1151及該第二微流道1153具有不同的內徑(包括：高度、寬度)。根據本發明一具體實施例，微流道結構115包括連續設置之第一微流道1151及第二微流道1153。如第1B圖所示，第一微流道1151之內徑係大於該第二微流道1153者，複合物13無法自第一微流道1151進入具較小內徑之第二微流道1153，因而使複合物13置於第一微流道1151，而達到定位或固定之效果。根據本發明一具體實施例，由於複合物13之尺寸使得其無法自第一微流道1151進入具較小內徑之第二微流道1153，因而使複合物13置於第一微流道1151，而達到定位或固定之效果。根據本發明一具體實施例，複合物13係透過微流體元件11之入口111進入微流道結構115。於此等實施例之部分態樣中，進入微流道結構115之複合物13，無法自具較大內徑之第一微流道1151進入具較小內徑之第二微流道1153，因而達到定位或固定之效果。根據本發明一具體實施例，複合物13可透過微流體元件11之入口111進出微流道結構115。

可視需要對微流道結構115進行修飾(例如，使用特定物質或特定官能基進行修飾)。也可利用微流道結構115之材質、內徑及/或截面形狀之變化等，對通入微流道結構115之流體樣品(如檢體)之流速或流動模式等產生影響。另外，亦可於微流體元件11中設置流體樣品(如檢體)體積控制單元，以控制進入微流體元件11之流體樣品(如檢體)的量。

可使用任何方式令複合物13進入或離開微流體元件11。如前文所述，複合物13可通入微流體元件11或自微流體元件11移除，藉此可提高檢測系統1之使用自由可度，也提高了檢測系統1之使用價值。舉例而言，可利用清水沖洗等或任何其他方式置換複合物。透過本發明，僅需簡易地透過置入或移除複合物13，便可依需要使用或更換複合物13。如第1B圖所示，複合物13係透過包括第一微流道1151及第二微流道1153的微流道結構115，而定位或固定於微流道結構115。如此定位或固定的複合物13可輕易的自微流體元件11移除(例如，通入液體或氣體等，以移除複合物13)。再者，藉由本發明，可不需更換或丟棄微流體元件11(可僅更換複合物13)，便能令檢測系統1得以依需要(例如，檢測不同待測物)進行檢測。此外，透過本發明，可藉由簡便地更換複合物13，而解決習知技術中因化學物質之長期使用或保存不佳而降低/喪失活性、重複使用造成污染等的缺失。另外，透過本發明，可視需要地在欲實施檢測時，方將複合物13置入微流體元件11中，不僅提高便利性，亦能提昇檢測系統1之品質。

檢測系統1可包括感測件15。感測件15可具有訊號轉換單元(將複合物13與待測物反應後之物理(熱、壓力、質量、磁場)量或化學量的改變轉換成電訊號)、訊號處理單元等。此外，亦可於感測件15中設置有其他感測單元以進行檢體中其他待測物之檢測或其他參數之檢測。根據本發明一具體實施例，係使用電化學感測件作為感測件15。根據本發明一具體實施例，微流體元件11係微流體晶片。於此等實施例之部分態樣中，微流體元件11係利用微機電技術而製成之微流體晶片。於此等實施例之部分態樣中，可藉由微機電等技術於檢測系統1中設置感測件15。

可使用本領域中習知的感測材料作為感測件15，亦可使用本領域習知的技術製造感測件15並整合於本發明之檢測系統1中。根據本發明一具體實施例，檢測系統1係藉由複合物13與感測件15以進行檢測。如前文所述，可使用，例如，電晶體來製作感測件15。於此等例子中，進入微流體元件11之複合物13，係定位或固定為相應於感測件15中用於感測之電晶體。根據本發明一具體實施例，感測件15係包括電極，例如形成於由多層基板構成的微流體元件11中的底板電極151，係設置為相鄰於微流道結構115。舉例而言，如第1A及1A’圖所示，底板電極151係形成於微流體元件11下層之玻璃基板11a上，底板電極151的功能為將感測件15的電訊號拉出，作為訊號量測之用。於此等實施例中，進入微流體元件11之複合物13，係定位或固定為相應於感測件15之電極。根據本發明一具體實施例，可利用習知的技術(例如微機電技術)於微流體元件中進一步整合，例如，但不限於：參考電極(或電晶體)、比較電極(或電晶體)、量測電路/量測儀(用以量測，例如：光學(特定波長之吸收光、螢光、冷光)、電(電壓、電流、電位、電阻)、磁、熱、力學等訊號，顏色改變等)及/或相關電路/裝置(例如，用以進行訊號轉換、訊號放大者)等。

根據本發明一具體實施例，微流道結構115之設計，係令複合物13定位或固定為相應於感測件15。根據本發明一具體實施例，感測件15係設置為相鄰於微流道結構115。於此等實施例之部分態樣中，感測件15之設置係考量微流道結構115之設計，而令進入微流道結構115之複合物13能相應於感測件15。如第1B圖所示，進入微流體元件11之複合物13係定位或固定為相應於感測件15。微流道結構115包括第一微流道1151及第二微流道1153，第一微流道1151與第二微流道1153連通，且該第一微流道1151及該第二微流道1153具有不同的內徑，複合物13係得以進入該第一微流道1151，但無法進入該第二微流道1153。於此例中，感測件15係設置為相應於第一微流道1151。

檢體可透過微流體元件11之入口111進入微流體元件11，而與已進入微流道結構115之複合物13接觸，複合物13之化學物質得以與檢體中之待測物反應，以進行檢測。舉例來說，透過感測件15，可利用化學物質與待測物反應產生的變化(如，電化學變化)進行感測。

此外，如前文所述，可利用本領域習知的技術，視需要於微流體元件11中設置各種功能性單元、電晶體、電路、儀器、裝置等。

接著，請參見第2A及2B圖，其係根據本發明一具體實施例之檢測系統的示意圖。第2A/2B圖與第1A/1B圖之差異在於，檢測系統1中設置有定位元件17及參考電極20。

該參考電極20係形成於微流體元件11的上半部，且該入口111或出口113係連通該參考電極20。

定位元件17並無特殊限制，只要能對進入微流道結構115之複合物13(如第2B圖所示)發揮定位或固定等效果即可。定位元件17可設置為令複合物13定位或固定於所欲之位置。舉例而言，定位元件17可為磁性物質。磁性物質並無特別限制，只要是具有磁性特性者即可。可利用磁性物質之吸引，使進入微流道結構115之複合物13定位，並且排列更加地均勻。如前文所述，透過包括第一微流道1151及第二微流道1153的微流道結構115，可達到令複合物13定位或固定的效果。同時，透過定位元件17之設置，更可加強此定位或固定效果。

根據本發明一具體實施例，微流道結構115之設計，係令複合物13定位或固定為相應於感測件15。根據本發明一具體實施例，感測件15係設置為相鄰於微流道結構115。於此等實施例之部分態樣中，定位元件17之設置係考量微流道結構115之設計，而令進入微流道結構115之複合物13能相應於感測件15。於此等實施例之部分態樣中，定位元件17之設置係考量微流道結構115之設計及/或感測件15之設置，而令進入微流道結構115之複合物13能相應於感測件15。如第2B圖所示，進入微流體元件11之複合物13係定位或固定為相應於感測件15。透過微流道結構115之設計及/或定位元件17之設置，使複合物13係定位或固定為相應於感測件15。微流道結構115包括第一微流道1151及第二微流道1153，第一微流道1151及第二微流道1153連通。根據本發明一具體實施例，微流道結構115包括連續設置之第一微流道1151及第二微流道1153。根據本發明一具體實施例，該第一微流道1151及該第二微流道1153具有不同的內徑，複合物13係得以進入該第一微流道1151，但無法進入該第二微流道1153。於此例中，定位元件17係設置為相應於第一微流道1151。透過微流道結構115之設計及/或定位元件17之設置，使複合物13係定位或固定於第一微流道1151且相應於感測件15。

可使用任何方式令複合物13進入或離開微流體元件11。如前文所述，複合物13可通入微流體元件11或自微流體元件11移除，藉此可提高檢測系統1之使用自由可度，也提高了檢測系統1之使用價值。透過本發明，僅需簡易地透過置入或移除複合物13，便可依需要使用或更換複合物13。如第2B圖所示，複合物13係透過第一微流道1151及第二微流道1153，而定位或固定於微流道結構115。再者，定位元件17之設置，加強了此定位或固定之效果。如此定位/固定的複合物13可輕易的自微流體元件11移除。藉由本發明，可不需更換或丟棄微流體元件11(可僅更換複合物13)，便能令檢測系統1得以依需要(例如，檢測不同待測物)進行檢測。此外，透過本發明，可藉由簡便地更換複合物13，而解決習知技術中因化學物質之長期使用或保存不佳而降低/喪失活性、重複使用造成污染等的缺失。另外，透過本發明，可視需要地在欲實施檢測時，方將複合物13置入微流體元件11中，不僅提高便利性，亦能提昇檢測系統1之品質。

檢體可透過微流體元件11之入口111進入微流體元件11，與已進入微流道結構115之複合物13接觸，複合物13之化學物質得以與檢體中之待測物反應，以進行檢測。舉例來說，透過感測件15，可利用化學物質與待測物反應產生的變化(如，電化學變化)進行感測。

本發明復提供檢測方法，該檢測方法包括使用如前文所述之檢測系統進行檢測。根據一具體實施例，本發明之檢測方法係使用如前文所述之檢測系統以檢測檢體中之待測物，該檢測方法包括：令複合物進入微流體元件以置於微流道結構中；以及令檢體進入該微流體元件以與該複合物接觸。可使用任何方式令檢體進入或離開微流體元件。如前文中所述，透過檢體中待測物與複合物中化學物質之反應，可達到檢測之目的。舉例而言，使用電化學感測件時，可透過複合物中化學物質與檢體中待測物之反應產生的電化學變化進行感測。根據本發明一具體實施例，可自微流體元件移除該複合物。

根據本發明之檢測系統及方法，複合物可通入微流體元件或自微流體元件移除，不僅提高了檢測系統之使用自由度，也提高其使用價值。透過本發明之檢測系統及方法，僅需簡單透過通入或移除複合物，便可依需要(例如，受測物的種類、複合物中化學物質之狀態)使用或更換複合物。根據本發明一具體實施例，複合物係透過包括複數個具不同內徑及/或不同的截面形狀之微流道的微流道結構，而定位或固定於微流道結構。如此定位或固定的複合物可輕易的自微流體元件移除。根據本發明一具體實施例，複合物係透過包括複數個具不同內徑及/或不同的截面形狀之微流道的微流道結構，而定位或固定於微流體元件中，再者，微流體元件的定位元件(例如，磁性物質)進一步加強了定位或固定的效果。如此定位或固定的複合物可輕易的自微流體元件移除。因此，透過本發明，僅需透過簡單地置入或移除複合物，便可依需要選擇、更換所需的複合物。再者，藉由本發明，可不需更換或丟棄微流體元件(可僅更換複合物)，便能令檢測系統得以依需要(例如，檢測不同待測物)進行檢測。此外，透過本發明，可藉由簡便地更換複合物，而解決習知技術中因化學物質之長期使用或保存不佳而降低/喪失活性、重複使用造成污染等的缺失。另外，透過本發明，可視需要地在欲實施檢測時，方將複合物置入微流體元件中，不僅提高便利性，亦能提昇檢測系統之品質(例如，避免化學物質之活性降低/喪失、重複使用造成之污染等的缺失)。

本發明之檢測系統及方法可應用於例如，但不限於：生物醫學(如基因定序、基因表現分析、蛋白質分析、藥物篩檢、臨床檢測)、環境檢測、食品檢驗等領域。

本發明將藉由實施例更具體地說明，但該等實施例並非用於限制本發明之範疇。除非特別指明，於下列實施例與比較例中用於表示任何成份的含量以及任何物質的量的“%”及“重量份”係以重量為基準。

複合物之製備 製備例1：製作包埋酵素的海藻膠微珠

取10毫克(mg)的葡萄糖酵素(Glucose Oxidase type II，SIGMA，USA)、50毫克的尿素酵素(Urease type III，SIGMA，USA)及10毫克的肌酐酸酵素(Creatinine deiminase，SIGMA，USA)各別與100微升(μl)的海藻膠鈉(Alginic acid sodium salt，SIGMA，USA，2重量%(wt%))均勻混合後，滴入玉米油(Corn oil C8267，SIGMA，USA)。因為海藻膠為水相，藉由油水不互溶的特性，使得海藻膠液滴與玉米油呈現油包水的狀態，以利用乳化的原理，形成乳化微粒。接著令乳化液滴落下至0.4毫莫耳濃度(mM)的氯化鈣溶液中，使海藻膠微珠固化，以獲得包埋酵素的海藻膠微珠。

製備例2：製作包埋酵素及磁珠的海藻膠微珠

取10 mg的葡萄糖酵素(Glucose Oxidase type II，SIGMA，USA)、50毫克的尿素酵素(Urease type III，SIGMA，USA)及10毫克的肌酐酸酵素(Creatinine deiminase，SIGMA，USA)各別與100 μl的海藻膠鈉(Alginic acid sodium salt，USA)(2wt%)、濃度為2×10⁹ 珠/毫升(bead/ml)的磁珠(Myone，Invitrogen，USA)溶液100 μl均勻混合後，滴入玉米油(Corn oil C8267，SIGMA，USA)。因為海藻膠為水相，藉由油水不互溶的特性，使得海藻膠液滴與玉米油呈現油包水的狀態，以利用乳化的原理，形成乳化微粒。接著令乳化液滴落下至0.4 mM的氯化鈣溶液中，使海藻膠微珠固化，以獲得包埋酵素及磁珠的海藻膠微珠。

利用上述製備例1、2的方法，可參考文獻Microfluidic device utilizing pneumatic micro-vibrators to generate alginate microbeads for microencapsulation of cells,Sensors and Actuators B 147(2010)755-764，依調整不同的流速以及頻率製備出不同尺寸(粒徑)的複合物。如第3圖所示，可以分別製作出直徑為90、110、130、150、170微米(μm)大小的海藻膠微珠，對各種粒徑之數量分析，如第4圖所示。

製備例3：製作鍵結酵素之磁珠

用生化反應將酵素鍵結上磁珠。可使用帶有官能基的磁珠，例如：帶有羧基(carboxyl)的磁珠或是帶有胺基(amino)的磁珠(M270,Invitrogen,USA)，用於鍵結酵素。

本實施例係利用帶有羧基的磁珠(MyOne,Invitrogen,USA)來製備鍵結葡萄糖酵素的磁珠，並使用碳二醯亞胺(carbodiimide)(如：(1-乙基-3-(3-二甲基胺基丙基)-碳二醯亞胺(1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide，EDC))來作為磁珠上羧基與葡萄糖酵素的鍵結橋樑(EDC可用於活化磁珠上的羧基進而使羧基與葡萄糖酵素接合)。

此外，本實施例係利用帶有胺基的磁珠(M270,Invitrogen,USA)來製備鍵結肌酐酸酵素的磁珠，並使用戊二醛(glutaraldehyde)來作為胺基磁珠與肌酐酸酵素的連接橋樑。

前述羧基磁珠鍵結葡萄糖酵素方法分為幾個步驟：

(1)磁珠原液(Dynabeads MyOne Carboxylic Acid)以震搖(vortex)方式持續30分鐘，使得磁珠均勻混合在溶液中，保持固定的濃度。

(2)接著使用微量滴管從原始溶液中抽取1 ml(10 mg/ml,2×10⁹ beads/ml)的磁珠，並且置於試管。

(3)用磁座固定試管3至5分鐘，待溶液中的磁珠被磁力固定於管壁上，抽取試管中的懸浮液。

(4)以1 ml的MES(2-(N-嗎啉)乙磺酸(2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid))將磁珠清洗兩次，目的在於去除殘餘的磁珠保存液，增加與酵素鍵結的能力。

(5)使清洗過的磁珠濃縮至100 μl的MES，並且以震搖均勻混合。

(6)在試管中加入100 μl的EDC(10 mg/ml in D.I.)，震搖均勻混合。接著以旋轉混合機(roller)在室溫下混合30分鐘。

(7)利用磁座固定磁珠於試管壁，接著抽取懸浮液。

(8)使用400 μg的葡萄糖酵素預先溶解在200 μl的MES緩衝溶液中。

(9)使用旋轉混合機在室溫下混合整夜，由於葡萄糖酵素包含著胺基，即可與EDC進行取代反應，進而形成共價鍵結。

(10)利用磁座固定磁珠於試管壁，接著抽取懸浮液。

(11)使用1 ml的PBS(1X PBS,0.1% Tween 20)利用旋轉混合機清洗磁珠10分鐘，修飾葡萄糖酵素的磁珠即可利用磁鐵固定於感測件感測區，量測不同濃度的葡萄糖溶液所產生對電化學差異，剩餘磁珠可保存於4℃的環境和使用1 ml的PBS保存。

胺基磁珠固定肌酸酐酵素方法如下：

(1)　磁珠原液(Dynabeads M-270 Amine)以震搖方式持續2分鐘，使得磁珠均勻混合在溶液中，保持固定的濃度。

(2)　接著使用微量滴管從原始溶液中抽取50 μl的磁珠，並且置於試管。

(3)　用磁座固定試管3至5分鐘，待溶液中的磁珠被磁力固定於管壁上，抽取試管中的懸浮液。

(4)　以100 μl的PBS加入至試管中，再來以震搖2至3分鐘接著利用磁座固定磁珠於試管壁面，最後重複此步驟三次，目的在於去除殘餘的磁珠保存液，增加與酵素鍵結的能力。

(5)　將磁珠固定於磁座上，使用微量滴管抽取試管中的懸浮液，接著加入100 μl的交鍊劑戊二醛(10% glutaraldehyde in PBS,pH=7)，在室溫下利用旋轉混合機混合兩小時。

(6)　利用磁座固定磁珠於試管壁面，使用微量滴管取出交鍊劑戊二醛，加入100 μl的PBS至試管中，再震搖2至3分鐘接著利用磁座固定磁珠於試管壁面，最後重複此步驟三次，去除殘餘的戊二醛，確保酵素以交鍊的方法固定於磁珠上。

(7)　使用磁座並且抽取懸浮液，接著以100 ul的PBS溶解30 μl的肌酸酐酵素，加入至試管中並利用旋轉混合機在室溫下混合整夜。

(8)　利用磁座固定磁珠於試管壁面並且抽取懸浮液，加入100 μl的PBS至試管中，再震搖2至3分鐘接著利用磁座固定磁珠於試管壁面，最後重複此步驟三次，清洗懸浮液中尚未固定的肌酸酐酵素，使量測結果更加精確。

(9)　修飾肌酸酐酵素的磁珠即可利用磁鐵固定於感測件感測區，量測不同濃度的肌酸酐溶液所產生對電化學差異，剩餘磁珠可保存於4℃的環境和使用PBS保存。

實施例

本實施例係使用如第2A及2B圖所示之檢測系統，其製作方法不限於下述者。微流體元件中具有微流道結構，並整合有電極、感測件、定位元件等。可透過半導體製程、微機電技術分別製作各部件並加以整合。

首先，底板電極的製作係於作為微流體元件下層之玻璃基板上形成鋁金屬導線，亦即於玻璃基板上塗佈一層正光阻，之後軟烤後再經過曝光顯影，之後再蒸鍍上鋁，接著移除光阻，即完成底板電極的製作。

微流體元件中之感測件的製作，係使用電解液-絕緣層-矽半導體電容的製程方式，選用(100)方向、阻值8-12Ω‧cm之p-型矽晶圓做為基底。一開始利用氫氟酸(HF)清洗原生氧化層，接著用丙酮、甲醇沖洗去除表面有機物，再以去離子水(DI water)沖洗表面殘留的丙酮、甲醇，接著用烘箱調整溫度至120℃烘烤p-型基板30分鐘去除表面的水氣。接者利用濺鍍機在低真空的腔體裡，濺鍍純度99.9%之金屬鏑、鈦，產生的電漿轟擊鏑(Dysprosium,Dy)和鈦(Titanium,Ti)的靶材沉積鏑鈦化合物的絕緣層。沉積鏑鈦化合物的絕緣層後，在900℃溫度下快速退火的方法把非晶質(amorphous)的絕緣層重新排列、鍵結，最後，以蒸鍍的方法在p-型基板的背面鍍上300 nm的鋁做為歐姆接觸層。之後再將做好的感測件以銀膠與底板電極做接合。

微流體元件中具微流道結構之部份的製作，係使用精密微雕機裝置0.5釐米(mm)的刀具，在PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethylmethacrylate)基板上雕刻出所需的模型，再灌注PDMS(聚二甲基矽氧烷，Sil-More Industrial Ltd.,USA)在PMMA模型上並用70℃烤乾使之成形，最後將烤乾之PDMS剝除下來即為PDMS微流道層。

微流體元件中設有參考電極，參考電極的製作，係於玻璃基板上塗佈一層AZ4620正光阻，之後軟烤後再經過曝光顯影，之後再依序蒸鍍上鋁和銀，然後移除光阻，再以氯化鐵修飾成Ag/AgCl。

最後，進行氧電漿接合的流程以製作微流體元件，其係將PDMS微流道層表面用酒精與水清洗乾淨並吹乾，放入氧電漿機中且抽真空，並通入氧氣使之產生電漿，持續兩分鐘的電漿處理後，將PDMS微流道層在顯微鏡下與具有底板電極和感測件之玻璃基板對位，對準後再放至加熱板加熱可強化接合的效果。同樣地，再將參考電極接合至PDMS微流道層上，通常，該微流體元件之入口或出口係與參考電極連通，以與複合物的溶液接觸。根據上述，可製得如第2A及2B圖所示之具有微流道結構(具有200 μm之第一微流道及70 μm之第二微流道)與感測件的微流體元件。感測件係連接量測系統以於檢測時進行分析。

實施例1

將製備例1所得之粒徑為170 μm的海藻膠微珠(於PBS保存溶液中，保存溶液中含有與微珠內相同濃度的酵素)，由微流體元件之入口通入微流體元件中，通入數量約200顆。因為在感測件上方微流道結構的高度從200 μm(第一微流道)縮減為70 μm(第二微流道)，170 μm的海藻膠微珠無法由高度為200 μm之第一微流道進入高度為70 μm之第二微流道，因而被阻擋而定位於感測件表面。

實施例2

將製備例2所得之粒徑為170 μm的海藻膠微珠(於PBS保存溶液中，保存溶液中含有與微珠內相同濃度的酵素)，由微流體元件之入口通入微流體元件中，通入數量約200顆。因為在感測件上方微流道結構的高度從200 μm(第一微流道)縮減為70 μm(及第二微流道)，170 μm的海藻膠微珠無法由高度為200 μm之第一微流道進入高度為70 μm之第二微流道，因而被阻擋而定位於感測件表面。此外，感測件的下方設置有磁性物質製作的定位元件，此磁性物質的材料為燒結釹鐵硼超強力磁鐵，利用磁性裝置的吸引，可以令感測件上方的海藻膠微珠排列更加地均勻。

實施例3

將製備例3所得之鍵結酵素的磁珠由微流體元件之入口通入微流體元件中，通入數量約200顆。感測件的下方設置有利用燒結釹鐵硼超強力磁鐵製作的定位元件，具有磁性的磁珠可被來自於定位元件的外加磁場所吸引，因而被定位於感測件表面。

葡萄糖、肌酐酸及尿素的檢測

首先，分別利用實施例1至3的檢測系統，進行標準溶液的檢測，以獲得標準曲線(進行每次檢體量測之前都要先量測標準曲線，每個濃度會有相應的電壓，以當進行檢體之檢測時，可藉由量測出來的電壓，獲得其濃度)：利用含有葡萄糖酵素的複合物量測濃度範圍為2mM-8mM的葡萄糖溶液(Glucose，SIGMA，USA)；利用含有肌酐酸酵素的複合物量測濃度範圍為0.01 mM-10 mM的肌酐酸溶液(Creatine，SIGMA，USA)；以及，利用含有尿素酵素的複合物量測濃度範圍1 mM-16 mM的尿素溶液(Urea，SIGMA，USA)。可利用清水沖洗等方式置換不同的複合物。量測方式為使用注射式幫浦(Legato 180，KD Scientific，USA)將針筒內的標準溶液(葡萄糖溶液、肌酐酸溶液或尿素溶液)以注射速率480 μl(微升)/min(分鐘)、注射時間5秒，由微流體元件之入口注入檢測系統以與複合物之酵素反應(注入完成後，反應時間為20秒)，並透過感測件進行感測。以HP4284阻抗分析儀(HP)作為量測系統以進行分析：量測電壓為-2 V(伏特)~2 V，固定頻率(500Hz(赫茲))；感測件背面鍍鋁部分(用來降低感測件與底板電極的接觸面電阻)接至量測系統之High端，而參考電極則接至量測系統之Low端。

接著，分別利用實施例1至3的檢測系統，進行人體血清(檢體)中的葡萄糖、肌酐酸以及尿素濃度的感測：需要時，可於進行檢測前，利用清水沖洗掉微流體元件中已使用過的複合物(海藻膠微珠或鍵結酵素之磁珠)，再通入新的複合物(海藻膠微珠或鍵結酵素之磁珠；粒徑為170 μm、數量約為200顆)。接著將裝有血清的針筒利用注射式幫浦(Legato 180，KD Scientific，USA)以注射速率480μl/min、注射時間5秒，由微流體元件之入口將血清注入檢測系統以與複合物之酵素反應(注射完成後，反應20秒後進行量測)，並透過感測件及HP4284阻抗分析儀(HP)(量測系統)以進行感測及分析(如前文所述)。利用量測到的電位可以檢測血清中所含的血糖(葡萄糖)、肌酐酸以及尿素的濃度。

檢測結果：利用實施例2的檢測系統量測葡萄糖之感測值達12.19 mV(微伏特)/mM，線性度達0.9944；量測肌酐酸之感測值達105.3 mV/pC_creatinine (pC_creatinine 代表每10 mM的肌酐酸濃度)，線性度達0.9926；量測尿素之感測值達12.76 mV/mM，線性度達0.9929。而利用實施例1之檢測系統進行量測亦獲得相同的結果。再者，利用實施例3的檢測系統量測葡萄糖之感測值達5.28 mV/mM，線性度達0.9897；量測肌酐酸之感測值達15.15 mV/mM，線性度達0.9844。

此外，以市售的葡萄糖、肌酐酸檢測試劑(購自GLUCOSE liquicolor及CREATININE liquicolor：Human，Wiesbaden，Germany)；及尿素試劑(購自MeDiPro-BUN Formosa Biomedical Technology，Taipei，Taiwan)進行葡萄糖、肌酐酸、尿素的檢測，以與實施例之檢測系統進行比較。結果發現：市售的試劑檢測出葡萄糖濃度為6.58mM、尿素濃度為4.5mM、肌酐酸濃度為60.39μM(微莫耳濃度)。而本案實施例1、2之檢測系統則檢測出葡萄糖濃度為6.24mM(誤差百分比為5.16%)、尿素濃度為4.22mM(誤差百分比為6.22%)、肌肝酸濃度為52.22μM(誤差百分比為13.52%)，如第5圖所示。再者，本案實施例3之檢測系統則檢測出葡萄糖濃度為5.93mM(誤差百分比為10%)、肌肝酸濃度為50.9μM(誤差百分比為15%)。由上可知，根據本發明實施例所得之檢測結果與市售試劑所得之檢測結果非常接近且有一致性的趨勢，實具臨床應用價值。

根據上述可知，本發明之檢測系統展現了良好的感測值及線性度，且實具臨床應用性。同時，透過本發明之檢測系統及方法，不僅提高了檢測系統之使用自由度、便利性，也增進檢測系統之使用價值及提昇檢測之品質。相較於市售之檢測試劑，本發明之檢測系統及方法具有更高的臨床應用價值。因此，本發明之檢測系統及方法，不但可解決習知技術的缺失，亦極具產業利用性。

上述實施例僅例示性說明本發明，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所載。

1．．．檢測系統

11．．．微流體元件

11a．．．玻璃基板

111．．．入口

113．．．出口

115．．．微流道結構

1151．．．第一微流道

1153．．．第二微流道

13．．．複合物

15．．．感測件

151．．．底板電極

17．．．定位元件

19．．．保護層

20．．．參考電極

第1A至1B圖係說明本發明之具體實施例之檢測系統的示意圖；

第2A及2B圖係說明本發明之另一具體實施例之檢測系統的示意圖；

第3圖係圖示以顯微鏡觀察根據本發明一具體實施例所獲得之微珠；

第4圖係圖示根據本發明一具體實施例所獲得之微珠的微珠粒徑數量分佈；以及

第5圖係根據本發明一具體實施例圖示與市售試劑檢測結果之比較。