TWI518316B - 光學測讀系統及使用該系統之生化檢測方法 - Google Patents

光學測讀系統及使用該系統之生化檢測方法 Download PDF

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TWI518316B TW103112096A TW103112096A TWI518316B TW I518316 B TWI518316 B TW I518316B TW 103112096 A TW103112096 A TW 103112096A TW 103112096 A TW103112096 A TW 103112096A TW I518316 B TWI518316 B TW I518316B
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Description

光學測讀系統及使用該系統之生化檢測方法
本揭露係有關於一種光學測讀系統，是有關於一種即時監控影像之光學測讀系統及使用該系統之生化檢測方法。
西方點墨(Western Blot)是一個被廣為應用於生化、生醫及生物研究的技術，藉由膠體電池及抗體偵測的原理鑑定生物檢體內特定蛋白質的含量，其可定量出微量的目標蛋白質。市面上，西方點墨所需步驟可分為四大部分，即，控制蛋白質於電泳膠上移動、蛋白質轉移至薄膜、蛋白質呈色及擷取掃描。然，目前的西方點墨技術由於人為手動機制太多，且無法調控電壓/電流，致例如轉移過程中無法局部加壓，而諸多缺點已造成影像誤差、訊號失真等問題。
本揭露之一實施例，提供一種光學測讀系統，包括：一第一電極；一薄膜，設置於該第一電極上；一生物分子傳遞層，設置於該薄膜上；以及一第二電極，設置於該生物分子傳遞層上。在一實施例中，該第一電極與該第二電極分別由複數個次電極所構成，其中該等次電極彼此分離，且分別沿該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點至傳遞終點排列。
本揭露之一實施例，提供一種生化檢測方法，包括：提供一上述之光學測讀系統；添加一檢體至該生物分子傳遞層；驅動該第二電極，以將該檢體自其位於該生物分子傳遞層中之一第一位置傳遞至一第二位置；驅動該第二電極與該第一電極，以將該檢體自該生物分子傳遞層轉移至該薄膜；以及對該檢體進行呈色。
本揭露之一實施例，提供一種光學測讀系統，包括：一第一電極；一薄膜，設置於該第一電極上；一生物分子傳遞層，設置於該薄膜上；以及一第二電極，設置於該生物分子傳遞層上。在一實施例中，該光學測讀系統更包括一第三電極與一第四電極，分別設置於該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點與傳遞終點之外側。
本揭露之一實施例，提供一種生化檢測方法，包括：提供一上述之光學測讀系統；添加一檢體至該生物分子傳遞層；驅動該第三電極與該第四電極，以將該檢體自其位於該生物分子傳遞層中之一第一位置傳遞至一第二位置；驅動該第二電極與該第一電極，以將該檢體自該生物分子傳遞層轉移至該薄膜；以及對該檢體進行呈色。
為讓本揭露之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
10、50、100、500、1000‧‧‧光學測讀系統
12、52、120、520、1200‧‧‧影像感測陣列
14、54、140、540、1400‧‧‧檢測單元
16、56、160、560、1600‧‧‧第一電極
18、58、180、580、1800‧‧‧薄膜
20、60、200、600、2000‧‧‧生物分子傳遞層
22、62、220、620、2200‧‧‧第二電極
24、64、240、640、2400‧‧‧傳遞始點
26、66、260、660、2600‧‧‧傳遞終點
28、68、280、680、2800‧‧‧檢體
A、B、C‧‧‧蛋白質
70、300、700、3000‧‧‧第三電極
72、320、720、3200‧‧‧第四電極
A1、B1、C1‧‧‧第一位置
A2、B2、C2‧‧‧第二位置
22’、22’-1、22’-2、700-1、700-2、720-1、720-2、3000-1、3000-2、3200-1、3200-2、L1、L2、L3、L4、L5、L6、U1、U2、U3、U4、U5、U6、L1’、L2’、L3’、L4’、L5’、L6’、U1’、U2’、U3’、U4’、U5’、U6’‧‧‧次電極
S1、S1-1、S1-2、S1-3、S1-4、S1-5、S1-6、S1-7、S1-8、S2、S2-1、S2-2、S2-3、S2-4、S2-5、S3、S3-1、S3-2、S3-3、S3-4、S3-5、S3-6、S4、S4-1‧‧‧步驟
第1圖係根據本揭露之第一實施例，一種光學測讀系統之示 意圖。
第2圖係根據本揭露之第二實施例，一種光學測讀系統之示意圖。
第3圖係根據本揭露之第三實施例，一種光學測讀系統之示意圖。
第4圖係根據本揭露之第四實施例，一種光學測讀系統之示意圖。
第5圖係根據本揭露之第五實施例，一種光學測讀系統之示意圖。
第6圖係根據本揭露之一實施例，一種生化檢測方法之流程圖。
第7~10圖係根據第6圖所示，一種生化檢測方法流程之詳細說明。
第11圖係根據本揭露之一實施例，一種光學測讀系統之長條狀次電極陣列。
第12圖係根據本揭露之一實施例，一種光學測讀系統之點狀次電極陣列。
請參閱第1圖，根據本揭露之第一實施例，提供一種光學測讀系統。光學測讀系統10包括一影像感測陣列12與一檢測單元14。檢測單元14設置於影像感測陣列12上。檢測單元14包括一第一電極16、一薄膜18、一生物分子傳遞層20以及一第二電極22。薄膜18設置於第一電極16上。生物分子傳遞層20設置於薄膜18上。第二電極22設置於生物分子傳遞層20上。
影像感測陣列12可包括薄膜電晶體(TFT)、電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。第一電極16與第二電極22可由銦錫氧化物(ITO)、摻鋁氧化鋅(Al-doped ZnO；AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、奈米銀線、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)所構成。
在部分實施例中，第一電極16與第二電極22可分別由長條狀(請參閱第11圖)或點狀(請參閱第12圖)之次電極22’陣列所構成。
薄膜18可由聚偏氟乙烯(PVDF)或硝酸纖維素(NC)所構成。生物分子傳遞層20可為電泳膠，例如一SDS-PAGE。
在本實施例中，第一電極16與第二電極22分別由複數個次電極(L1、L2、L3、L4、L5、L6、U1、U2、U3、U4、U5、U6)所構成。各次電極彼此分離，且分別沿薄膜18與生物分子傳遞層20之傳遞始點24至傳遞終點26排列。
請參閱第6圖，本揭露生化檢測方法之流程圖，包括4步驟，其中步驟S1係控制檢體於生物分子傳遞層中移動，檢體可包括蛋白質，步驟S2係將檢體中蛋白質轉移至薄膜，步驟S3係蛋白質呈色，以及步驟S4係擷取掃描訊號強弱。
請同時參閱第1、6圖，根據本揭露之第一實施例，提供一種生化檢測方法，詳細說明如下。首先，提供一如第1圖所示之光學測讀系統。之後，添加一檢體28至生物分子傳遞層20。檢體28可包括蛋白質或細胞。在本實施例中，檢體28包括A、B、C三種蛋白質。接著，驅動第二電極22，以將檢體28中A、B、C 三種蛋白質，自其位於生物分子傳遞層20中之一第一位置(A1、B1、C1)傳遞至一第二位置(A2、B2、C2)。之後，同時驅動第二電極22與第一電極16，例如同時對次電極U1~U6施加-V電壓，同時對次電極L1~L6施加+V電壓，以將檢體28自生物分子傳遞層20轉移至薄膜18。之後，對檢體28進行呈色。在檢測過程中，影像感測陣列12即時擷取檢體28於生物分子傳遞層20與薄膜18中之光學訊號輸出至一裝置(未圖示)。上述接收光學訊號之裝置可為一顯示裝置(例如液晶顯示器、投影機、或相片印表機)或一記憶體裝置(例如隨機存取記憶體、或快閃記憶體)。若為記憶體裝置，可進一步與一讀取裝置(例如磁碟)耦接。
上述驅動第二電極22之步驟可包括同時驅動第二電極22中分別對應於檢體28中的蛋白質，以A蛋白質為例，其位於生物分子傳遞層20中之第一位置(A1)與第二位置(A2)之兩個次電極(U1、U2)，例如對次電極U1施加-V電壓，對次電極U2施加+V電壓，以將檢體28中的A蛋白質為例，自其位於生物分子傳遞層20中之一第一位置(A1)傳遞至一第二位置(A2)。
在一實施例中，請參閱第12圖，第一電極16(未圖示)與第二電極22分別由點狀之次電極22’陣列所構成。當驅動第二電極22時(例如同時驅動第二電極22中之任兩個次電極(例如次電極22’-1、22’-2))，例如對次電極22’-1施加一電壓值，對次電極22’-2施加另一電壓值(兩電壓值大小須不同)，由於檢體中具蛋白質，以A、B蛋白質為例，A蛋白質與B蛋白質對電極的趨性不同(例如，此時，A蛋白質對次電極22’-1的趨性較大，B蛋白質對次電極22’-2的趨性較大)，因此，A蛋白質會移動至生物分子傳遞層20中對應 次電極22’-1的位置，而B蛋白質則會移動至生物分子傳遞層20中對應次電極22’-2的位置。檢體中，若有眾多與A蛋白質具有相同電極趨性的蛋白質，則該等蛋白質均會群聚於生物分子傳遞層20中對應次電極22’-1的位置，同樣地，該檢體中，若有眾多與B蛋白質具有相同電極趨性的蛋白質，則該等蛋白質均會群聚於生物分子傳遞層20中對應次電極22’-2的位置，形成蛋白質群聚現象。於蛋白質群聚現象發生後，以影像感測陣列12觀察蛋白質趨性分布。
請重新參閱第1圖，上述同時驅動第二電極22與第一電極16之步驟更包括同時驅動第二電極22與第一電極16中分別對應於檢體28中的蛋白質，以A蛋白質為例，其位於生物分子傳遞層20中之第二位置(A2)之兩個次電極(U2、L2)，例如對次電極U2施加-V電壓，對次電極L2施加+V電壓，以將檢體28中的A蛋白質為例，自生物分子傳遞層20轉移至薄膜18。
請參閱第2圖，根據本揭露之第二實施例，提供一種光學測讀系統。光學測讀系統50包括一影像感測陣列52與一檢測單元54。檢測單元54設置於影像感測陣列52上。檢測單元54包括一第一電極56、一薄膜58、一生物分子傳遞層60以及一第二電極62。薄膜58設置於第一電極56上。生物分子傳遞層60設置於薄膜58上。第二電極62設置於生物分子傳遞層60上。
影像感測陣列52可包括薄膜電晶體(TFT)、電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。第一電極56與第二電極62可由銦錫氧化物(ITO)、摻鋁氧化鋅(Al-doped ZnO；AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、奈米銀線、奈米碳 管(carbon nanotube,CNT)或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)所構成。薄膜58可由聚偏氟乙烯(PVDF)或硝酸纖維素(NC)所構成。生物分子傳遞層60可為電泳膠，例如一SDS-PAGE。
在本實施例中，第一電極56與第二電極62分別由複數個次電極(L1’、L2’、L3’、L4’、L5’、L6’、U1’、U2’、U3’、U4’、U5’、U6’)所構成。各次電極彼此分離，且分別沿薄膜58與生物分子傳遞層60之傳遞始點64至傳遞終點66排列。光學測讀系統50更包括一第三電極70與一第四電極72，分別設置於薄膜58與生物分子傳遞層60之傳遞始點64與傳遞終點66之外側。第三電極70與第四電極72分別為一連續式電極，如第2圖所示。
請同時參閱第2、6圖，根據本揭露之第二實施例，提供一種生化檢測方法，詳細說明如下。首先，提供一如第2圖所示之光學測讀系統。之後，添加一檢體68至生物分子傳遞層60。檢體68可包括蛋白質或細胞。在本實施例中，檢體68包括A、B、C三種蛋白質。接著，同時驅動第三電極70與第四電極72，例如對第三電極70施加-V電壓，對第四電極72施加+V電壓，以將檢體68中A、B、C三種蛋白質，自其位於生物分子傳遞層60中之一第一位置(A1、B1、C1)傳遞至一第二位置(A2、B2、C2)。之後，同時驅動第二電極62與第一電極56，例如同時對次電極U1’~U6’施加-V電壓，同時對次電極L1’~L6’施加+V電壓，以將檢體68自生物分子傳遞層60轉移至薄膜58。之後，對檢體68進行呈色。在檢測過程中，影像感測陣列52即時擷取檢體68於生物分子傳遞層60與薄膜58中之光學訊號輸出至一裝置(未圖示)。上述接收光學訊 號之裝置可為一顯示裝置(例如液晶顯示器、投影機、或相片印表機)或一記憶體裝置(例如隨機存取記憶體、或快閃記憶體)。若為記憶體裝置，可進一步與一讀取裝置(例如磁碟)耦接。
上述同時驅動第二電極62與第一電極56之步驟更包括同時驅動第二電極62與第一電極56中分別對應於檢體68中的蛋白質，以A蛋白質為例，其位於生物分子傳遞層60中之第二位置(A2)之兩個次電極(U2’、L2’)，例如對次電極U2’施加-V電壓，對次電極L2’施加+V電壓，以將檢體68中的A蛋白質為例，自生物分子傳遞層60轉移至薄膜58。
請參閱第3圖，根據本揭露之第三實施例，提供一種光學測讀系統。光學測讀系統100包括一影像感測陣列120與一檢測單元140。檢測單元140設置於影像感測陣列120上。檢測單元140包括一第一電極160、一薄膜180、一生物分子傳遞層200以及一第二電極220。薄膜180設置於第一電極160上。生物分子傳遞層200設置於薄膜180上。第二電極220設置於生物分子傳遞層200上。
影像感測陣列120可包括薄膜電晶體(TFT)、電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。第一電極160與第二電極220可由銦錫氧化物(ITO)、摻鋁氧化鋅(Al-doped ZnO；AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、奈米銀線、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)所構成。薄膜180可由聚偏氟乙烯(PVDF)或硝酸纖維素(NC)所構成。生物分子傳遞層200可為電泳膠，例如一SDS-PAGE。
在本實施例中，第一電極160與第二電極220分別為 一連續式電極，且分別自薄膜180與生物分子傳遞層200之傳遞始點240至傳遞終點260延伸，如第3圖所示。光學測讀系統100更包括一第三電極300與一第四電極320，分別設置於薄膜180與生物分子傳遞層200之傳遞始點240與傳遞終點260之外側。第三電極300與第四電極320分別為一連續式電極，如第3圖所示。
請同時參閱第3、6圖，根據本揭露之第三實施例，提供一種生化檢測方法，詳細說明如下。首先，提供一如第3圖所示之光學測讀系統。之後，添加一檢體280至生物分子傳遞層200。檢體280可包括蛋白質或細胞。在本實施例中，檢體280包括A、B、C三種蛋白質。接著，同時驅動第三電極300與第四電極320，例如對第三電極300施加-V電壓，對第四電極320施加+V電壓，以將檢體280中A、B、C三種蛋白質，自其位於生物分子傳遞層200中之一第一位置(A1、B1、C1)傳遞至一第二位置(A2、B2、C2)。之後，同時驅動第二電極220與第一電極160，例如對第二電極220施加-V電壓，對第一電極160施加+V電壓，以將檢體280自生物分子傳遞層200轉移至薄膜180。之後，對檢體280進行呈色。在檢測過程中，影像感測陣列120即時擷取檢體280於生物分子傳遞層200與薄膜180中之光學訊號輸出至一裝置(未圖示)。上述接收光學訊號之裝置可為一顯示裝置(例如液晶顯示器、投影機、或相片印表機)或一記憶體裝置(例如隨機存取記憶體、或快閃記憶體)。若為記憶體裝置，可進一步與一讀取裝置(例如磁碟)耦接。
請參閱第4圖，根據本揭露之第四實施例，提供一種光學測讀系統。光學測讀系統500包括一影像感測陣列520與一檢測單元540。檢測單元540設置於影像感測陣列520上。檢測單元540 包括一第一電極560、一薄膜580、一生物分子傳遞層600以及一第二電極620。薄膜580設置於第一電極560上。生物分子傳遞層600設置於薄膜580上。第二電極620設置於生物分子傳遞層600上。
影像感測陣列520可包括薄膜電晶體(TFT)、電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。第一電極560與第二電極620可由銦錫氧化物(ITO)、摻鋁氧化鋅(Al-doped ZnO；AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、奈米銀線、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)所構成。薄膜580可由聚偏氟乙烯(PVDF)或硝酸纖維素(NC)所構成。生物分子傳遞層600可為電泳膠，例如一SDS-PAGE。
在本實施例中，第一電極560與第二電極620分別由複數個次電極(L1’、L2’、L3’、L4’、L5’、L6’、U1’、U2’、U3’、U4’、U5’、U6’)所構成。各次電極彼此分離，且分別沿薄膜580與生物分子傳遞層600之傳遞始點640至傳遞終點660排列。光學測讀系統500更包括一第三電極700與一第四電極720，分別設置於薄膜580與生物分子傳遞層600之傳遞始點640與傳遞終點660之外側。第三電極700與第四電極720分別由複數個次電極(700-1、700-2、720-1、720-2)所構成。各次電極彼此分離，且分別對應於薄膜580與生物分子傳遞層600，如第4圖所示。
請同時參閱第4、6圖，根據本揭露之第四實施例，提供一種生化檢測方法，詳細說明如下。首先，提供一如第4圖所示之光學測讀系統。之後，添加一檢體680至生物分子傳遞層600。檢體680可包括蛋白質或細胞。在本實施例中，檢體680包括A、B、 C三種蛋白質。接著，同時驅動第三電極700與第四電極720，例如對次電極700-1(對應生物分子傳遞層600之次電極)施加-V電壓，對次電極720-1(對應生物分子傳遞層600之次電極)施加+V電壓，以將檢體680中的A、B、C三種蛋白質，自其位於生物分子傳遞層600中之一第一位置(A1、B1、C1)傳遞至一第二位置(A2、B2、C2)。之後，同時驅動第二電極620與第一電極560，例如同時對次電極U1’~U6’施加-V電壓，同時對次電極L1’~L6’施加+V電壓，以將檢體680自生物分子傳遞層600轉移至薄膜580。之後，對檢體680進行呈色。在檢測過程中，影像感測陣列520即時擷取檢體680於生物分子傳遞層600與薄膜580中之光學訊號輸出至一裝置(未圖示)。上述接收光學訊號之裝置可為一顯示裝置(例如液晶顯示器、投影機、或相片印表機)或一記憶體裝置(例如隨機存取記憶體、或快閃記憶體)。若為記憶體裝置，可進一步與一讀取裝置(例如磁碟)耦接。
上述同時驅動第二電極620與第一電極560之步驟更包括同時驅動第二電極620與第一電極560中分別對應於檢體680中以A蛋白質為例，其位於生物分子傳遞層600中之第二位置(A2)之兩個次電極(U2’、L2’)，例如對次電極U2’施加-V電壓，對次電極L2’施加+V電壓，以將檢體680中以A蛋白質為例，自生物分子傳遞層600轉移至薄膜580。
請參閱第5圖，根據本揭露之第五實施例，提供一種光學測讀系統。光學測讀系統1000包括一影像感測陣列1200與一檢測單元1400。檢測單元1400設置於影像感測陣列1200上。檢測單元1400包括一第一電極1600、一薄膜1800、一生物分子傳遞層 2000以及一第二電極2200。薄膜1800設置於第一電極1600上。生物分子傳遞層2000設置於薄膜1800上。第二電極2200設置於生物分子傳遞層2000上。
影像感測陣列1200可包括薄膜電晶體(TFT)、電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。第一電極1600與第二電極2200可由銦錫氧化物(ITO)、摻鋁氧化鋅(Al-doped ZnO；AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、奈米銀線、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)所構成。薄膜1800可由聚偏氟乙烯(PVDF)或硝酸纖維素(NC)所構成。生物分子傳遞層2000可為電泳膠，例如一SDS-PAGE。
在本實施例中，第一電極1600與第二電極2200分別為一連續式電極，且分別自薄膜1800與生物分子傳遞層2000之傳遞始點2400至傳遞終點2600延伸，如第5圖所示。光學測讀系統1000更包括一第三電極3000與一第四電極3200，分別設置於薄膜1800與生物分子傳遞層2000之傳遞始點2400與傳遞終點2600之外側。第三電極3000與第四電極3200分別由複數個次電極(3000-1、3000-2、3200-1、3200-2)所構成。各次電極彼此分離，且分別對應於薄膜1800與生物分子傳遞層2000，如第5圖所示。
請同時參閱第5、6圖，根據本揭露之第五實施例，提供一種生化檢測方法，詳細說明如下。首先，提供一如第5圖所示之光學測讀系統。之後，添加一檢體2800至生物分子傳遞層2000。檢體2800可包括蛋白質或細胞。在本實施例中，檢體2800包括A、B、C三種蛋白質。接著，同時驅動第三電極3000與第四 電極3200，例如對次電極3000-1(對應生物分子傳遞層2000之次電極)施加-V電壓，對次電極3200-1(對應生物分子傳遞層2000之次電極)施加+V電壓，以將檢體2800中A、B、C三種蛋白質，自其位於生物分子傳遞層2000中之一第一位置(A1、B1、C1)傳遞至一第二位置(A2、B2、C2)。之後，同時驅動第二電極2200與第一電極1600，例如對第二電極2200施加-V電壓，對第一電極1600施加+V電壓，以將檢體2800自生物分子傳遞層2000轉移至薄膜1800。之後，對檢體2800進行呈色。在檢測過程中，影像感測陣列1200即時擷取檢體2800於生物分子傳遞層2000與薄膜1800中之光學訊號輸出至一裝置(未圖示)。上述接收光學訊號之裝置可為一顯示裝置(例如液晶顯示器、投影機、或相片印表機)或一記憶體裝置(例如隨機存取記憶體、或快閃記憶體)。若為記憶體裝置，可進一步與一讀取裝置(例如磁碟)耦接。
請參閱第7~10圖，分別就第6圖所示本揭露生化檢測方法流程之4步驟(S1~S4)作更詳細說明。請參閱第7圖，在控制檢體中蛋白質於生物分子傳遞層中移動的步驟S1中，首先，調整檢體中蛋白質特性(步驟S1-1)，之後，將檢體置於生物分子傳遞層凹槽(步驟S1-2)，接著，添加特定顯示色劑(步驟S1-3)，之後，施加外加電場(步驟S1-4)，以傳遞檢體中蛋白質(步驟S1-5)，同時，以影像感測陣列接收蛋白質影像(步驟S1-6)，判斷蛋白質是否傳遞至生物分子傳遞層中之期望位置(步驟S1-7)，若是，即完成蛋白質傳遞(步驟S1-8)，若否(蛋白質未傳遞至生物分子傳遞層中之期望位置)，則調控外加電場，直至蛋白質傳遞至生物分子傳遞層中之期望位置。
在將蛋白質轉移至薄膜的步驟S2中，首先，施加外加電場(步驟S2-1)，以轉移蛋白質(步驟S2-2)，同時，以影像感測陣列接收蛋白質影像(步驟S2-3)，判斷蛋白質是否維持期望轉移速度(步驟S2-4)，順利轉移至薄膜，若是，即完成蛋白質轉移(步驟S2-5)，若否(蛋白質未維持期望轉移速度)，則調控外加電場，直至蛋白質維持期望轉移速度，順利轉移至薄膜。
在蛋白質呈色的步驟S3中，首先，進行清洗(步驟S3-1)，之後，添加第一抗體(步驟S3-2)，接著，添加第二抗體(步驟S3-3)，之後，進行清洗(步驟S3-4)，接著，添加光反應化學物質(步驟S3-5)，即完成蛋白質呈色(步驟S3-6)。
在擷取掃描訊號強弱的步驟S4中，影像感測陣列即時接收蛋白質影像(步驟S4-1)。
本揭露光學測讀系統可透過在透明導電電極上施加不同電壓，控制蛋白質或細胞於生物分子傳遞層或薄膜上移動。在running步驟中，施加平行於TFT方向之電流，控制未知檢體蛋白質於生物分子傳遞層移動。在transfer步驟中，施加垂直於TFT方向之電流，將蛋白質從生物分子傳遞層轉移至薄膜。TFT影像感測陣列可隨時監控running步驟至呈色步驟中蛋白質移動或分離的狀態，並直接感測影像，成為一整合型即時感測裝置。
本揭露TFT感測陣列於running步驟中的角色包括按照marker移動速度決定是否停止通電，以及於marker移動速度過快時降低電壓電流避免過度發熱。本揭露TFT感測陣列於transfer步驟中的角色包括感測蛋白質是否從生物分子傳遞層轉移到薄膜，以及若蛋白質移動速度過慢，可智慧型調控電壓電流量。
本揭露光學測讀系統與TFT感測陣列結合具有以下優勢：所有反應均可直接在TFT感測陣列上操作，可調整蛋白質在生物分子傳遞層上的移動速度，以及可隨意增加生物分子傳遞層尺寸，同時檢測更多檢體。
實施例6
蛋白質之檢測
步驟1：控制蛋白質於生物分子傳遞層中移動
首先，提供一如第1圖所示之光學測讀系統10與一檢體28。檢體28為一蛋白質群組(包括A、B、C三種蛋白質)。檢體28先經化學方式使蛋白質本身成為單向結構，再經SDS使蛋白質變性，此時，所有蛋白質結構均帶負電。之後，添加檢體28至生物分子傳遞層20。加上特定顯示劑呈現正常蛋白質顏色，顏色愈深代表蛋白質濃度愈深。接著，施加適度外加電場，同時驅動第二電極22中分別對應於檢體28中A蛋白質，其位於生物分子傳遞層20中之第一位置(A1)與第二位置(A2)之兩個次電極(U1、U2)，對次電極U1施加-V電壓，對次電極U2施加+V電壓，其餘次電極不施加電壓，以將檢體28中A蛋白質，自其位於生物分子傳遞層20中之一第一位置(A1)傳遞至一第二位置(A2)。之後，同時驅動第二電極22中分別對應於檢體28中B、C蛋白質，位於生物分子傳遞層20中之第一位置(B1、C1)與第二位置(B2、C2)之兩個次電極(U2、U4)，對次電極U2施加-V電壓，對次電極U4施加+V電壓，其餘次電極不施加電壓，以將檢體28中的B、C蛋白質，自其位於生物分子傳遞層20中之一第一位置(B1、C1)傳遞至一第二位置(B2、C2)。經變性的蛋白質，藉由適當設計的生物分子傳遞層20 的孔徑大小，在自由流動下會因本身蛋白質大小而被擋住，而在適度外加電場下可以藉由同樣大小的蛋白質其電荷量不同而產生流動差異性，使得蛋白質藉由不同大小及不同電荷之特性，在生物分子傳遞層20中被分開。感測光學訊號之強弱為定量之重點所在，利用已知分子大小的marker，可以知道相近分子量的蛋白質在時間控制下的電流流動後，在生物分子傳遞層20中所存在的大概位置，再藉由電流量的控制，可以使有興趣之蛋白質停留在膠質中的特定部位，方便後續之分析。藉由影像感測陣列12判斷影像的特性，如果蛋白質已經跑到最適合進行定量分析的位置時(例如中間處)，便可以把反應停止。
步驟2：將蛋白質轉移至薄膜
之後，施加適度外加電場，同時驅動第二電極22與第一電極16，同時對次電極U1~U6施加-V電壓，同時對次電極L1~L6施加+V電壓，以將檢體28自生物分子傳遞層20轉移至薄膜18。藉由影像感測陣列12感測光學訊號的特性，可感知蛋白質是否已從生物分子傳遞層20移到薄膜18。而即時記錄訊號之高低，更可回饋分析調整電壓數值，避免過大電壓造成蛋白質移出薄膜18。因蛋白質大小會影響轉移效率，如蛋白質移動速度過慢，可增加電壓數值，使即使較難轉移之較大蛋白質，亦能順利轉移成功。
步驟3：蛋白質呈色
之後，對檢體28進行呈色。於自動清洗後，添加第一抗體以辨識薄膜18上之特定蛋白質，之後，將第一抗體與帶有可發光物質且可辨識第一抗體之第二抗體適當接合。於適當接合 時間後，予以清洗。最後，加入特定化學物質，與第二抗體上之發光物質反應，產生顏色，如蛋白質量愈多，反應呈色愈強。
步驟4：擷取掃描訊號強弱
影像感測陣列12可即時於呈色過程中記錄感測光學訊號強弱，同時，因其即時記錄之特性，操作者可隨時回朔尋找最佳訊噪比時間點，避免過度曝光或曝光不足等人為操作錯誤。
在檢測過程中，影像感測陣列12即時擷取檢體28於生物分子傳遞層20與薄膜18中之光學訊號輸出至一外部顯示裝置(未圖示)。
雖然本發明已以數個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，當可作任意之更動與潤飾，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。
10‧‧‧光學測讀系統
12‧‧‧影像感測陣列
14‧‧‧檢測單元
16‧‧‧第一電極
18‧‧‧薄膜
20‧‧‧生物分子傳遞層
22‧‧‧第二電極
24‧‧‧傳遞始點
26‧‧‧傳遞終點
28‧‧‧檢體
A、B、C‧‧‧蛋白質
A1、A2、B1、B2、C1、C2‧‧‧檢體於生物分子傳遞層中之位置
L1、L2、L3、L4、L5、L6、U1、U2、U3、U4、U5、U6‧‧‧次電極

Claims (33)

  1. 一種光學測讀系統，包括：一第一電極；一薄膜，設置於該第一電極上；一生物分子傳遞層，設置於該薄膜上；一第二電極，設置於該生物分子傳遞層上；以及一影像感測陣列，設置於該第一電極下方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，其中該第一電極與該第二電極由銦錫氧化物(ITO)、摻鋁氧化鋅(Al-doped ZnO；AZO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、奈米銀線、奈米碳管(carbon nanotube,CNT)或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，其中該第一電極與該第二電極分別由複數個次電極所構成，其中該等次電極彼此分離，且分別沿該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點至傳遞終點排列。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，其中該薄膜由聚偏氟乙烯(PVDF)或硝酸纖維素(NC)所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，其中該生物分子傳遞層為電泳膠。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，其中該影像感測陣列包括薄膜電晶體(TFT)、電荷耦合元件(CCD)或互 補式金屬氧化物半導體(CMOS)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，更包括一第三電極與一第四電極，分別設置於該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點與傳遞終點之外側。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光學測讀系統，其中該第三電極與該第四電極分別為一連續式電極。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統，其中該第一電極與該第二電極分別為一連續式電極，且分別自該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點至傳遞終點延伸。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之光學測讀系統，其中該第三電極與該第四電極分別由複數個次電極所構成，其中該等次電極彼此分離，且分別對應於該薄膜與該生物分子傳遞層。
  11. 一種生化檢測方法，包括：提供一如申請專利範圍第1項所述之光學測讀系統；添加一檢體至該生物分子傳遞層；驅動該第二電極，以將該檢體自其位於該生物分子傳遞層中之一第一位置傳遞至一第二位置；驅動該第二電極與該第一電極，以將該檢體自該生物分子傳遞層轉移至該薄膜；以及對該檢體進行呈色。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之生化檢測方法，其中該檢體 包括蛋白質或細胞。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之生化檢測方法，其中該第一電極與該第二電極分別由複數個次電極所構成，其中該等次電極彼此分離，且分別沿該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點至傳遞終點排列。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之生化檢測方法，其中該驅動該第二電極之步驟包括驅動該第二電極中分別對應於該檢體位於該生物分子傳遞層中之該第一位置與該第二位置之該兩個次電極。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之生化檢測方法，其中該驅動該第二電極與該第一電極之步驟更包括驅動該第二電極與該第一電極中分別對應於該檢體位於該生物分子傳遞層中之該第二位置之該兩個次電極。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之生化檢測方法，更包括提供一影像感測陣列，以擷取該檢體之光學訊號並輸出至一裝置。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之生化檢測方法，其中該影像感測陣列即時擷取該檢體於該生物分子傳遞層與該薄膜中之該等光學訊號。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之生化檢測方法，其中該裝置為一顯示裝置或一記憶體裝置，該記憶體裝置耦接於一讀取裝置。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之生化檢測方法，其中依該檢體之傳遞速度，調控該第二電極，以使該檢體傳遞至該生物分子傳遞層中之該第二位置。
  20. 如申請專利範圍第11項所述之生化檢測方法，其中依該檢體之轉移速度，調控該第二電極與該第一電極，以使該檢體維持一期望轉移速度，順利轉移至該薄膜。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之生化檢測方法，其中若該檢體未傳遞至該生物分子傳遞層中之該第二位置，則續調控該第二電極，直至該檢體傳遞至該第二位置。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之生化檢測方法，其中若該檢體未維持該期望轉移速度，則續調控該第二電極與該第一電極，直至該檢體維持該期望轉移速度，順利轉移至該薄膜。
  23. 一種生化檢測方法，包括：提供一如申請專利範圍第7項所述之光學測讀系統；添加一檢體至該生物分子傳遞層；驅動該第三電極與該第四電極，以將該檢體自其位於該生物分子傳遞層中之一第一位置傳遞至一第二位置；驅動該第二電極與該第一電極，以將該檢體自該生物分子傳遞層轉移至該薄膜；以及對該檢體進行呈色。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測方法，其中該檢 體包括蛋白質或細胞。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測方法，其中當該第一電極與該第二電極分別由複數個次電極所構成，且該等次電極彼此分離，分別沿該薄膜與該生物分子傳遞層之傳遞始點至傳遞終點排列時，該驅動該第二電極與該第一電極之步驟更包括驅動該第二電極與該第一電極中分別對應於該檢體位於該生物分子傳遞層中之該第二位置之該兩個次電極。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測方法，更包括提供一影像感測陣列，以擷取該檢體之光學訊號並輸出至一裝置。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中該影像感測陣列即時擷取該檢體於該生物分子傳遞層與該薄膜中之該等光學訊號。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之生化檢測方法，其中該裝置為一顯示裝置或一記憶體裝置，該記憶體裝置耦接於一讀取裝置。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測方法，其中當該第三電極與該第四電極分別由複數個次電極所構成，且該等次電極彼此分離，分別對應於該薄膜與該生物分子傳遞層時，該驅動該第三電極與該第四電極之步驟包括驅動該第三電極與該第四電極中分別對應於該生物分子傳遞層之 該等次電極。
  30. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測方法，其中依該檢體之傳遞速度，調控該第三電極與該第四電極，以使該檢體傳遞至該生物分子傳遞層中之該第二位置。
  31. 如申請專利範圍第23項所述之生化檢測方法，其中依該檢體之轉移速度，調控該第二電極與該第一電極，以使該檢體維持一期望轉移速度，順利轉移至該薄膜。
  32. 如申請專利範圍第30項所述之生化檢測方法，其中若該檢體未傳遞至該生物分子傳遞層中之該第二位置，則續調控該第三電極與該第四電極，直至該檢體傳遞至該第二位置。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之生化檢測方法，其中若該檢體未維持該期望轉移速度，則續調控該第二電極與該第一電極，直至該檢體維持該期望轉移速度，順利轉移至該薄膜。
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