TWI498559B - 細胞代謝率檢測系統及其細胞代謝率檢測微型結構 - Google Patents

Description

細胞代謝率檢測系統及其細胞代謝率檢測微型結構

本案係關於一種細胞代謝率檢測系統，特別是一種利用流體壓力作動，以避免外界氧氣滲入與細胞發生反應之細胞代謝率檢測系統。

傳統上，在抗病毒藥物的開發與篩選上，主要是利用顯微觀測方式觀測病毒品感染後細胞病變效應(Cytopathic Effect；CPE)，或是利用96盤細胞培養方式，採用MTT assay方式測量細胞感染病毒前或感染病毒後的細胞存活量或是觀測細胞耗氧的代謝過程來篩選抗病毒藥物。而在進行細胞實驗時，通常以10⁵ 至10⁶ 顆細胞為一個單位進行實驗，其所取得之實驗結果為群體細胞行為的平均表現，無法得知細胞在遭受病毒感染時的細胞代謝過程的行為表現，更無法瞭解病毒從侵入至脫離細胞之完整機轉，因此許多細微且重要的生物資訊，即隱埋在傳統以大量細胞培養與群體細胞平均表現的實驗方法中。

就病毒致病之過程約可分成三個階段：(1)入侵期：找到目標並進入細胞內；(2)複製期：複製病毒所需之核酸及蛋白質；(3)傳播期：脫離受感染細胞進而是位染其他細胞。若能量測細胞遭受病毒感染整個細胞耗氧的代謝變化的過程，便有可能深入瞭解對登革病毒與腸病毒從侵入至脫離細胞之完整致病機轉，提出完整之描述。

氧氣是細胞重要的代謝物質，可在細胞與培養液間快速擴散，而病毒感染或是藥物引起細胞毒性(cell toxicity)的影響會造成細胞的粒線體障礙(mitochondrial dysfunction)，細胞內的耗氧量是其中一個最直接也是最具代表性量測粒線體活性的指標，藉由分析細胞內的耗氧量，可得知細胞的存活、細胞內粒線體障礙、藥物或化學物對細胞的毒化衝擊(toxicological impact)、以及致病病毒感染或疾病造成的細胞代謝變化等。氧氣偵測應用於細胞耗氧感測上在過去數年間已引起許多研究者的注意與興趣，一般而言，目前氧氣偵測方式主要分成兩類，分別為電化學感測方式與光學感測方式。電化學感測方式感測電極容易受到污染、感測訊號易飄移、以及無法陣列化大量量測等缺點。而習知採用光學方式感測細胞則有未有嚴密阻絕細胞與外界作氣體交換之裝置，導致所量測而得之細胞耗氧量不精準，而導致研究者仍無法確實瞭解細胞耗氧完整機制。除此之外，若要利用激發光線激發細胞，習知裝置亦無觀察裝置可觀察細胞受光線照射之情形，故當然就無法對量測區域的細胞作定性及定量的同步觀察。

有鑑於此，提供一種能將所欲檢測之細胞與外界氧氣作隔絕之細胞代謝率檢測系統，藉以提高量測細胞耗氧量之精確度，同時能夠兼顧激發光線是否有對準照射至細胞的情形，此外，在觀察定性的影像的同時亦能同步作定量的量測，此乃為業界亟待解決的問題。

本案結合細胞培養微陣列晶片、密閉作動手段、與光學檢測手段，製作出具有多重藥物注入功能之細胞代謝率檢測系統，且同時能隔絕細胞以避免受到外界之干擾，藉以達到精準測量細胞之代謝率，以便檢測研發新興藥物或疫苗，以了解細胞毒化後每個階段的代謝情況。

本案之一較佳實施概念，在於提供一種細胞代謝率檢測微型結構，包括一細胞培養微陣列晶片，界定有複數培養區域；其中，複數細胞分配設置於該些培養區域上；以及一密閉作動手段，包括複數活動密閉閥，係分別相對應於該細胞培養微陣列晶片之各該培養區域而對應設置；其中，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥接受一流體壓力時，該至少一活動密閉閥抵接於與其相對應的該至少一培養區域，使該至少一活動密閉閥與相對應的該至少一培養區域之間界定出一封閉空間，並使位於該至少一培養區域內之至少一細胞被封閉於該封閉空間中而與一外界相互隔離；抑或，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥未接受該流體壓力時，該至少一活動密閉閥與該至少一培養區域相互分離，並使位於該至少一培養區域內之該至少一細胞曝露於該外界。

於一較佳實施例中，其中該細胞培養微陣列晶片之表面向下凹陷形成有複數微陣列凹孔，而各該培養區域設置分配於各該微陣列凹孔。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及設置分配有該至少一培養區域之該微陣列凹孔之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。

於一較佳實施例中，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/或液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該微陣列凹孔以界定該些封閉空間。

於一較佳實施例中，其中該細胞培養微陣列晶片之表面為一平面，而各該培養區域設置分配於該平面上，其中，各該活動密閉閥皆具有一罩體，用以封閉各該培養區域。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及該至少一培養區域之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。

於一較佳實施例中，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/或液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該培養區域以界定該些封閉空間。

本案之一較佳實施概念，在於提供一種細胞代謝率檢測系統，用以檢測複數細胞，該細胞代謝率檢測系統包括：一細胞代謝率檢測微型結構，至少包括一細胞培養微陣列晶片以及一密閉作動手段，該細胞培養微陣列晶片界定有複數培養區域，該些細胞分配設置於該些培養區域，該密閉作動手段適以接受一流體壓力，以封阻該培養區域；以及一光學檢測手段，至少包括一具有一激發光源之光學檢測裝置以及一螢光劑，該螢光劑塗置於該些培養區域上，以接受該激發光源之照射。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一第一分光鏡、一濾光鏡、兩光強度偵測器以及一資料擷取器；其中，該激發光源發射複數激發光光束至該第一分光鏡，其中該些激發光光束之一部分被該第一分光鏡折射至兩光強度偵測器其中之一者，而轉換成一電訊號傳送至該資料擷取器；該些激發光光束之另一部分穿經濾光鏡而照射至該細胞培養微陣列晶片上之該螢光劑，使該螢光劑產生複數螢光光束至該兩光強度偵測器其中之另一者，並轉換成另一電訊號傳送至該資料擷取器；其中，該資料擷取器經磷光相位差計算處理該些電訊號而得該些細胞之代謝率。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一控制器，該控制器用以控制該激發光源之發射頻率。

於一較佳實施例中，其中該激發光源係設置於一投影裝置內，且該投影裝置係接收來自一第一處理單元之一投影訊號，藉以控制該等激發光光束之發射位置及/或發射數量。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一觀測裝置，該觀測裝置係用以觀察該激發光源照射至該細胞培養微陣列晶片之位置。

於一較佳實施例中，其中該觀測裝置包括一第二分光鏡以及一影像裝置，該第二分光鏡用以折射該些螢光光束之一部分至該影像裝置。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元連接於該影像裝置，使該影像裝置透過該第二處理單元處理後呈像於一螢幕；抑或，該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元連接該資料擷取器，使該資料擷取器透過該第二處理單元處理後呈現些細胞之代謝率數據；抑或，該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元分別連接於該影像裝置及該資料擷取器，藉使該影像裝置透過該第二處理單元運算後將該些細胞呈像於一螢幕，且同時使該資料擷取器透過該第二處理單元處理後呈現些細胞之代謝率數據。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括複數活動密閉閥，且各該活動密閉閥係分別相對應於該細胞培養微陣列晶片之各該培養區域設置；其中，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥接受一流體壓力時，該至少一活動密閉閥抵接於與其相對應的該至少一培養區域，使該至少一活動密閉閥與相對應的該至少一培養區域之間界定出一封閉空間，並使位於該至少一培養區域內之至少一細胞被封閉於該封閉空間中而與一外界相互隔離；抑或，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥未接受該流體壓力時，該至少一活動密閉閥與該至少一培養區域相互分離，並使位於該至少一培養區域內之該至少一細胞曝露於該外界。

於一較佳實施例中，其中該細胞培養微陣列晶片之表面向下凹陷形成有複數微陣列凹孔，而各該培養區域設置分配於各該微陣列凹孔。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，且當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及設置分配有該至少一培養區域之該微陣列凹孔之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。

於一較佳實施例中，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/或液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該微陣列凹孔以界定該些封閉空間。

於一較佳實施例中，其中該細胞培養微陣列晶片之表面為一平面，而各該培養區域設置分配於該平面上，其中，各該活動密閉閥皆具有一罩體，用以封閉各該培養區域。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及該至少一培養區域之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。

於一較佳實施例中，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/或液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該培養區域以界定該些封閉空間。

本案之一較佳實施概念，在於提供一種細胞代謝率檢測系統，用以檢測複數細胞，該細胞代謝率檢測系統包括：一細胞代謝率檢測微型結構，至少包括一細胞培養微陣列晶片，該細胞培養微陣列晶片界定有複數培養區域，該些細胞分配設置於該些培養區域；以及一光學檢測手段，至少包括一具有一激發光源之光學檢測裝置以及一螢光劑，該螢光劑塗置於該些培養區域上，適以接受該激發光源之照射，且該光學檢測裝置更具有一觀測裝置，用以供一使用者藉由該觀測裝置觀測該激發光源照射該些培養區域之一照射狀態。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一第一分光鏡、一濾光鏡、兩光強度偵測器以及一資料擷取器；其中，該激發光源發射複數激發光光束至該第一分光鏡，其中該些激發光光束之一部分被該第一分光鏡折射至兩光強度偵測器其中之一者，而轉換成一電訊號傳送至該資料擷取器；該些激發光光束之另一部分穿經濾光鏡而照射至該細胞培養微陣列晶片上之該螢光劑，使該螢光劑產生複數螢光光束至該兩光強度偵測器其中之另一者，並轉換成另一電訊號傳送至該資料擷取器；其中，該資料擷取器經磷光相位差計算處理該些電訊號而得該些細胞之代謝率。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一控制器，該控制器用以控制該激發光源之發射頻率。

於一較佳實施例中，其中該激發光源係設置於一投影裝置內，且該投影裝置係接收來自一第一處理單元之一投影訊號，藉以控制該等激發光光束之發射位置及/或發射數量。

於一較佳實施例中，其中該觀測裝置包括一第二分光鏡以及一影像裝置，該第二分光鏡用以折射該些螢光光束之一部分至該影像裝置。

於一較佳實施例中，其中該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元連接於該影像裝置，藉使該影像裝置透過該第二處理單元處理後呈像於一螢幕；抑或，該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元連接該資料擷取器，使該資料擷取器透過該第二處理單元處理後呈現些細胞之代謝率數據；抑或，該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元分別連接於該影像裝置及該資料擷取器，藉使該影像裝置透過該第二處理單元運算後將該些細胞呈像於一螢幕，且使該資料擷取器透過該第二處理單元處理後呈現些細胞之代謝率數據。

於一較佳實施例中，其中該細胞代謝率檢測微型結構更包括一密閉作動手段，該密閉作動手段包括複數活動密閉閥，且各該活動密閉閥係分別相對應於該細胞培養微陣列晶片之各該培養區域設置；其中，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥接受一流體壓力時，該至少一活動密閉閥抵接於與其相對應的該至少一培養區域，使該至少一活動密閉閥與相對應的該至少一培養區域之間界定出一封閉空間，並使位於該至少一培養區域內之至少一細胞被封閉於該封閉空間中而與一外界相互隔離；抑或，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥未接受該流體壓力時，該至少一活動密閉閥與該至少一培養區域相互分離，並使位於該至少一培養區域內之該至少一細胞曝露於該外界。

於一較佳實施例中，其中該細胞代謝率檢測微型結構更包括一密閉作動手段，該密閉作動手段包括一密封板體，且該密封板體蓋合於該些培養區域上。

於一較佳實施例中，其中該細胞培養微陣列晶片之表面向下凹陷形成有複數微陣列凹孔，而各該培養區域設置分配於各該微陣列凹孔。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，且當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及設置分配有該至少一培養區域之該微陣列凹孔之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。

於一較佳實施例中，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/或液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該微陣列凹孔以界定該些封閉空間。

於一較佳實施例中，其中該細胞培養微陣列晶片之表面為一平面，而各該培養區域設置分配於該平面上，其中，各該活動密閉閥皆具有一罩體，用以封閉各該培養區域。

於一較佳實施例中，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及該至少一培養區域之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。

於一較佳實施例中，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/或液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該培養區域以界定該些封閉空間。

以下之實施例係用以舉例說明本案內容，並非用以限制本案。需說明者，以下實施例及圖式中，與本案無關之元件已省略而未繪示；且為求容易了解起見，各元件間之尺寸比例以誇大繪之，與實際產品有所出入。

請參閱圖1以及圖2所示，皆為本案細胞代謝率檢測微型結構之第一實施例之剖面示意圖，且其分別揭露細胞代謝率檢測微型結構10作動前及作動後之一種實施態樣。其中，細胞代謝率檢測微型結構10包括一細胞培養微陣列晶片11以及一密閉作動手段12。細胞培養微陣列晶片11界定有複數培養區域110；而複數細胞9係分配設置於培養區域110上。再者，密閉作動手段12包括複數活動密閉閥128，係分別相對應於細胞培養微陣列晶片11之各培養區域110而對應設置，各活動密閉閥128與各培養區域110可以呈一對一或一對多之對應關係，於此不作限制。為方便說明起見，圖1以及圖2中之活動密閉閥128與培養區域110係呈一對一之對應關係作繪示。

進一步而言，各活動密閉閥128具有一流體壓力口128a，用以接受一流體壓力，於是當活動密閉閥128接受該流體壓力時，適使活動密閉閥128抵接於與其相對應的培養區域110，藉此，活動密閉閥128與相對應的培養區域110之間共同界定出一封閉空間16(如圖2所示)，並使位於培養區域110內之至少一細胞9被封閉於封閉空間16中，而與一外界相互隔離。藉此設置，可降低外界氧氣滲入之問題，在進行實驗時即可阻絕細胞9與該外界作交換氣體的動作，而可讓使用者達到更精確的觀察與量測。反之，當各活動密閉閥128中之任一活動密閉閥128未接受該流體壓力時，活動密閉閥128與培養區域110相互分離，並使位於培養區域110內之至少一細胞9曝露於該外界，而得以與該外界之流體作交換之動作。

請繼續參閱圖1以及圖2，進一步而言，密閉作動手段12包括一注入流道120以及一排出流道121，活動密閉閥128未抵接於培養區域110時，注入流道120、排出流道以及未被封閉之培養區域110之間相互連通，此時使用者適可自注入流道120通入一藥物120a，而藥物120a適可於細胞培養微陣列晶片11上流散，並滲入未受到活動密閉閥128保護阻絕之培養區域110，而與容置於其中之細胞9產生作用。待細胞9摻雜藥物120a後，可再將活動密閉閥128抵接於培養區域110，使細胞9被封閉於封閉空間16中而與該外界相互隔離的狀態下，進行實驗。當然，活動密閉閥128得視實驗情形而隨使用者可選擇地是否要將細胞9與外界阻絕，於此不作限制。

較佳的實施態樣為，各活動密閉閥128係為獨立運作，如此一來，任一培養區域110可以被相對應之活動密閉閥128獨立封阻。藉此設置，使用者將能更靈活地設計出一個實驗流程。舉例而言，在使用者要執行添加複數種藥物120a時，若要在第一培養區域(圖未示)僅加入藥A，但要在第二培養區域(圖未示)加入藥A及藥B，藉由本案之細胞代謝率檢測微型結構10，則可在欲將藥A注入於第一培養區域以及第二培養區域時，升起相對應於第一培養區域以及第二培養區域之兩活動密閉閥128，使第一培養區域以及第二培養區域與外界連通。待完成注入藥A後，接者，降下相對應於第一培養區域之活動密閉閥128，藉使第一培養區域與外界隔離，防止再有其它的藥物注入，但於此同時，保持相對應於第二培養區域之活動密閉閥128處於升起狀態，第二培養區域仍與外界連通，此時再注入藥B，使藥B摻入第二培養區域，藉以達到在第一培養區域僅加入藥A，但可在第二培養區域加入藥A及藥B的目的。如此一來，使用者可將不同藥物120a摻入不同的培養區域110，藉以供使用者觀察不同的培養區域所進行的代謝情形。當然，上述活動密閉閥128與培養區域110之間的封阻方式僅為一列舉，於此並不對其作限制。

於第一實施例中，細胞培養微陣列晶片11之表面向下凹陷形成有複數微陣列凹孔11a，而各培養區域110設置分配於各微陣列凹孔11a。亦即，細胞培養微陣列晶片11可以為目前較常使用之96孔盤(圖未示出)，抑或其它自行設置凹孔數量之晶片。進一步而言，各活動密閉閥128可以為一氣壓閥、液壓閥或其它致動閥體。其中，當流體通入氣壓閥/或液壓閥時，氣壓閥/或液壓閥即抵接於細胞培養微陣列晶片11，並封阻微陣列凹孔11a以界定封閉空間16。

請參閱圖3以及圖4所示，其為本案細胞代謝率檢測微型結構之第二實施例之剖面示意圖，且分別揭露細胞代謝率檢測微型結構作動前及作動後之實施態樣。第二實施例異於第一實施例者在於，第一實施例中之細胞培養微陣列晶片11上形成有複數微陣列凹孔11a，而活動密閉閥128可活動地蓋設於微陣列凹孔11a上，並與細胞培養微陣列晶片11共同界定封閉空間16。但第二實施例之細胞代謝率檢測微型結構10’之密閉作動手段102’之活動密閉閥128’係為一罩體，而細胞培養微陣列晶片11’之表面可以為一平面或一凹面，而活動密閉閥128’可活動地罩設於細胞培養微陣列晶片11’上，並與細胞培養微陣列晶片11’共同界定封閉空間16’。至於第二實施例之其它實施結構則相似於第一實施例，故於此不再贅述。

請參閱圖1至圖5；其中，圖5係為本案結合圖1至圖4所示不同的細胞代謝率檢測微型結構之細胞代謝率檢測系統之概念示意圖。細胞代謝率檢測系統1包括如前述之細胞代謝率檢測微型結構10、10’以及一光學檢測手段13。細胞代謝率檢測微型結構10、10’所包括之細胞培養微陣列晶片11、11’以及密閉作動手段12、12’由於已詳述於前，不再贅述於此。

圖5所示之光學檢測手段13至少包括一具有一激發光源131之光學檢測裝置130以及一螢光劑8，而螢光劑8塗置於培養區域110上，以接受激發光源131之照射，並再藉由後述機構以觀察得知各培養區域110內細胞9之代謝率；其中，於本實施例中，代謝率係為耗氧量，但亦可觀察至少包括二氧化碳、乳酸、酸鹼值、溫度的增減等等其他不同種類代謝率的變化情形。

接下來針對光學檢測裝置130作進一步的介紹。其中，光學檢測裝置130包括一第一分光鏡1301、一濾光鏡1302、兩光強度偵測器1303、一資料擷取器1304以及一投影裝置134；其中，激發光源131發射複數激發光光束131a至第一分光鏡1301，激發光光束131a之一部分被第一分光鏡1301折射至兩光強度偵測器1303其中之一者，而轉換成一電訊號傳送至資料擷取器1304；而激發光光束131a之另一部分穿經濾光鏡1302並照射至細胞培養微陣列晶片11上之螢光劑8，使螢光劑8產生複數螢光光束130b至兩光強度偵測器1303其中之另一者，並轉換成另一電訊號傳送至資料擷取器1304；其中，資料擷取器1304經磷光相位差計算處理電訊號而可獲得位於各培養區域110之細胞9之代謝率，而光強度偵測器1303可以為一光電轉換元件。

進一步而言，光學檢測裝置130更包括一控制器1305，控制器1305用以控制激發光源131之發射頻率。通常而言，激發光源131為一UV-LED，其發射頻率為5 kHz，發射頻率係可隨不同的螢光劑8的組成物質而調整至相對應之頻率。舉例而言，於本實施態樣中，兩顆UV-LED係為的波段為390nm附近的激發光源，而當激發光光束131a照射至螢光劑8後，螢光劑8被激發出來的螢光光束130b為約650nm附近。此外，本案之設置方式為螢光劑8係為一氧氣感測螢光薄膜，而細胞9設置培養於氧氣感測螢光薄膜上，也由於氧氣感測螢光薄膜十分貼近細胞9，故實驗者在進行觀測的過程中，可以即時觀測細胞9之代謝率。

再者，於本實施例中，激發光源131係設置於一投影裝置134內，且投影裝置134連接於一第一處理單元132，而使用者可透過操控第一處理單元132(或第一處理單元132已被先行設定)，而發出一投影訊號至投影裝置134，以控制自激發光源131所發射出之該些激發光光束1309之發射位置及/或發射數量。其中，第一處理單元132係包含於光學檢測裝置130中，抑或為一獨立於光學檢測裝置130之單元，於此不作限制。藉此設置，以執行圖形化之照射、掃瞄、或者隨使用者操作而對細胞9個別執行照射動作。至於投影裝置可以為使用DMD、LCD或LCOS之投影技術，不再贅述。

光學檢測裝置130更包括一觀測裝置1306，觀測裝置1306係用以觀察激發光源131照射至細胞培養微陣列晶片11之位置。觀測裝置1306包括一第二分光鏡1307以及一影像裝置1308，第二分光鏡1307用以折射螢光光束130b之一部分至影像裝置1308。

其中光學檢測裝置130更包括一第二處理單元133，且第二處理單元133係可選擇地連接於影像裝置1308以及資料擷取器1304至少其中之一者。當第二處理單元133係連接於影像裝置1308時，影像裝置1308適可透過第二處理單元133處理後呈像於一螢幕(圖未示)；抑或，當第二處理單元133連接資料擷取器1304時，資料擷取器1304透過第二處理單元133處理後呈現些細胞9之代謝率數據；抑或，當第二處理單元133同時分別連接於影像裝置1308及資料擷取器1304時，影像裝置1308透過第二處理單元133運算後將該些細胞9呈像於一螢幕，且同時使資料擷取器1304透過第二處理單元133處理後呈現該些細胞9之代謝率數據。當然，於此須說明者為，第二處理單元133係可因應使用者所撰寫之程式軟體之不同而可執行各式不同之功能，舉例而言，第二處理單元133可因應第一處理單元132所定義出之一圖形化掃瞄，藉使觀測裝置1306執行動態偵測，以於螢幕輪流/或同時呈現位於各培養區域110內細胞代謝之情況，諸如此類後端應用，於此不再贅述。

於此須說明者為，包括有觀測裝置1306之光學檢測裝置130亦可應用於普通之96孔盤(圖未示出)上，於此不作限制。

綜上所述，本案所揭露之細胞代謝率檢測系統及其細胞代謝率檢測微型結構，能利用活動密閉閥來對細胞作嚴密的封阻，以嚴防細胞於實驗進行中與外界作氣體交換，獲取更為精準的實驗結果。同時，藉由注入流道與排出流道之設置，實驗者欲灌入藥物時，則毋須將密閉作動手段整個拿起。再者，結合有可隨使用者量測情形而能變化激發光束發射情形之投影裝置，以執行多樣化之照射及觀察，更是大幅提高本案使用上之方便及靈活性。

針對國內外專利分析結果，此一概念迄今尚未有相關文獻提出類似之論述，且現有之眾多檢測技術亦無法達到上述目的，研究成果充分具有學術論文發表之價值，且可彌補現有篩選抗病毒藥物技術之不足，本案之應用構想亦極具原創性、前瞻性、與國際競爭力。

惟以上所述僅為本案之較佳實施例，非意欲侷限本案的專利保護範圍，故舉凡運用本案說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包括於本案的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧細胞代謝率檢測系統

10‧‧‧細胞代謝率檢測微型結構

10’‧‧‧細胞代謝率檢測微型結構

11‧‧‧細胞培養微陣列晶片

11’‧‧‧細胞培養微陣列晶片

11a‧‧‧微陣列凹孔

110‧‧‧培養區域

12‧‧‧密閉作動手段

12’‧‧‧密閉作動手段

120‧‧‧注入流道

120a‧‧‧藥物

121‧‧‧排出流道

128‧‧‧活動密閉閥

128’‧‧‧活動密閉閥

128a‧‧‧一流體壓力口

13‧‧‧光學檢測手段

130‧‧‧光學檢測裝置

131‧‧‧激發光源

132‧‧‧第一處理單元

133‧‧‧第二處理單元

134‧‧‧投影裝置

131a‧‧‧激發光光束

130b‧‧‧螢光光束

1301‧‧‧第一分光鏡

1302‧‧‧濾光鏡

1303‧‧‧光強度偵測器

1304‧‧‧資料擷取器

1305‧‧‧控制器

1306‧‧‧觀測裝置

1307‧‧‧第二分光鏡

1308‧‧‧影像裝置

1309‧‧‧激發光光束

16‧‧‧封閉空間

16’‧‧‧封閉空間

8‧‧‧螢光劑

9‧‧‧細胞

圖1係為本案細胞代謝率檢測微型結構之第一實施例之剖面示意圖(一)。

圖2係為本案細胞代謝率檢測微型結構之第一實施例之剖面示意圖(二)。

圖3係為本案細胞代謝率檢測微型結構之第二實施例之剖面示意圖(一)。

圖4係為本案細胞代謝率檢測微型結構之第二實施例之剖面示意圖(二)。

圖5係為本案結合圖1至圖4所示不同的細胞代謝率檢測微型結構之一細胞代謝率檢測系統之概念示意圖。

1．．．細胞代謝率檢測系統

10．．．細胞代謝率檢測微型結構

10’．．．細胞代謝率檢測微型結構

11．．．細胞培養微陣列晶片

11’．．．細胞培養微陣列晶片

110．．．培養區域

12．．．密閉作動手段

12’．．．密閉作動手段

13．．．光學檢測手段

130．．．光學檢測裝置

131．．．激發光源

131a．．．激發光光束

132．．．第一處理單元

133．．．第二處理單元

134．．．投影裝置

130b．．．螢光光束

1301．．．第一分光鏡

1302．．．濾光鏡

1303．．．光強度偵測器

1304．．．資料擷取器

1305．．．控制器

1306．．．觀測裝置

1307．．．第二分光鏡

1308．．．影像裝置

1309．．．激發光光束

8．．．螢光劑

9．．．細胞

Claims (21)

1. 一種細胞代謝率檢測微型結構，包括：一細胞培養微陣列晶片，界定有複數培養區域；其中，複數細胞分配設置於該些培養區域上；以及一密閉作動手段，包括複數活動密閉閥，每一該活動密閉閥獨立運作，且每一該活動密閉閥係分別相對應於該細胞培養微陣列晶片之各該培養區域而對應設置；其中，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥接受一流體壓力時，該至少一活動密閉閥抵接於與其相對應的該至少一培養區域，使該至少一活動密閉閥與相對應的該至少一培養區域之間界定出一封閉空間，使位於該至少一培養區域內之至少一細胞被封閉於該封閉空間中，且該至少一細胞與一外界隔離，藉以阻絕該至少一細胞與該外界作交換氣體；抑或，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥未接受該流體壓力時，該至少一活動密閉閥與該至少一培養區域相互分離，並使位於該至少一培養區域內之該至少一細胞曝露於該外界。
2. 如申請專利範圍第1項所述之細胞代謝率檢測微型結構，其中該細胞培養微陣列晶片之表面向下凹陷形成有複數微陣列凹孔，而各該培養區域設置分配於各該微陣列凹孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述之細胞代謝率檢測微型結構，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及設置分配有該至少一培養區域之該微陣列凹孔之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區 域。
4. 如申請專利範圍第3項所述之細胞代謝率檢測微型結構，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/或液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該微陣列凹孔以界定該些封閉空間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之細胞代謝率檢測微型結構，其中該細胞培養微陣列晶片之表面為一平面，而各該培養區域設置分配於該平面上，其中，各該活動密閉閥皆具有一罩體，用以封閉各該培養區域。
6. 如申請專利範圍第5項所述之細胞代謝率檢測微型結構，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及該至少一培養區域之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。
7. 如申請專利範圍第6項所述之細胞代謝率檢測微型結構，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/或液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該培養區域以界定該些封閉空間。
8. 一種細胞代謝率檢測系統，用以檢測複數細胞，該細胞代謝率檢測系統包括：一細胞代謝率檢測微型結構，至少包括一細胞培養微陣列晶片以及一密閉作動手段，該細胞培養微陣列晶片界定有複數培養 區域，該些細胞分配設置於該些培養區域，該密閉作動手段包括複數活動密閉閥，每一該活動密閉閥獨立運作，且適以接受一流體壓力，以個別封阻每一該活動密閉閥相對應之該培養區域且同時界定出一封閉空間，使位於該些培養區域內之該些細胞被封閉於該封閉空間中，以阻絕該些細胞與該外界作交換氣體；以及一光學檢測手段，至少包括一具有一激發光源之光學檢測裝置以及一螢光劑，該螢光劑塗置於該些培養區域上，以接受該激發光源之照射。
9. 如申請專利範圍第8項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該光學檢測裝置包括一第一分光鏡、一濾光鏡、兩光強度偵測器以及一資料擷取器；其中，該激發光源發射複數激發光光束至該第一分光鏡，其中該些激發光光束之一部分被該第一分光鏡折射至兩光強度偵測器其中之一者，而轉換成一電訊號傳送至該資料擷取器；該些激發光光束之另一部分穿經濾光鏡而照射至該細胞培養微陣列晶片上之該螢光劑，使該螢光劑產生複數螢光光束至該兩光強度偵測器其中之另一者，並轉換成另一電訊號傳送至該資料擷取器；其中，該資料擷取器經磷光相位差計算處理該些電訊號而得該些細胞之代謝率。
10. 如申請專利範圍第9項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該光學檢測裝置更包括一控制器，該控制器用以控制該激發光源之發射頻率。
11. 如申請專利範圍第10項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該激發光源係設置於一投影裝置內，且該投影裝置係接收來自一第一處理單元之一投影訊號，藉以控制該等激發光光束之發射位置 及/或發射數量。
12. 如申請專利範圍第11項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該光學檢測裝置更包括一觀測裝置，該觀測裝置係用以觀察該激發光源照射至該細胞培養微陣列晶片之位置。
13. 如申請專利範圍第12項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該觀測裝置包括一第二分光鏡以及一影像裝置，該第二分光鏡用以折射該些螢光光束之一部分至該影像裝置。
14. 如申請專利範圍第13項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元連接於該影像裝置，使該影像裝置透過該第二處理單元處理後呈像於一螢幕；抑或，該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元連接該資料擷取器，使該資料擷取器透過該第二處理單元處理後呈現些細胞之代謝率數據；抑或，該光學檢測裝置更包括一第二處理單元，且該第二處理單元分別連接於該影像裝置及該資料擷取器，使該影像裝置透過該第二處理單元運算後將該些細胞呈像於一螢幕，且同時使該資料擷取器透過該第二處理單元處理後呈現些細胞之代謝率數據。
15. 如申請專利範圍第14項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該密閉作動手段包括複數活動密閉閥，且各該活動密閉閥係分別相對應於該細胞培養微陣列晶片之各該培養區域設置；其中，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥接受一流體壓力時，該至少一活動密閉閥抵接於與其相對應的該至少一培養區域，使該至少一活動密閉閥與相對應的該至少一培養區域之間界定出該封閉空間，並使位於該至少一培養區域內之至少一細胞被封閉於該封閉 空間中而與一外界相互隔離；抑或，當該些活動密閉閥中之至少一活動密閉閥未接受該流體壓力時，該至少一活動密閉閥與該至少一培養區域相互分離，並使位於該至少一培養區域內之該至少一細胞曝露於該外界。
16. 如申請專利範圍第15項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該細胞培養微陣列晶片之表面向下凹陷形成有複數微陣列凹孔，而各該培養區域設置分配於各該微陣列凹孔。
17. 如申請專利範圍第16項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，且當該至少一活動密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及設置分配有該至少一培養區域之該微陣列凹孔之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。
18. 如申請專利範圍第17項所述之細胞代謝率檢測系統，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/或液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該微陣列凹孔以界定該些封閉空間。
19. 如申請專利範圍第15項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該細胞培養微陣列晶片之表面為一平面，而各該培養區域設置分配於該平面上，其中，各該活動密閉閥皆具有一罩體，用以封閉各該培養區域。
20. 如申請專利範圍第19項所述之細胞代謝率檢測系統，其中該密閉作動手段包括一注入流道以及一排出流道，當該至少一活動 密閉閥未抵接於該至少一培養區域時，該注入流道、該排出流道以及該至少一培養區域之間相互連通，其中，一藥物適以自該注入流道注入並流至該至少一培養區域。
21. 如申請專利範圍第20項所述之細胞代謝率檢測系統，其中各該活動密閉閥係為一氣壓閥/或液壓閥，其中，當氣體通入該些氣壓閥/或液壓閥中之至少一氣壓閥/或液壓閥時，該至少一氣壓閥/液壓閥抵接於該細胞培養微陣列晶片並封阻該培養區域以界定該些封閉空間。