TWI529402B - 磁性液滴控制裝置及磁性液滴的控制方法 - Google Patents

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Description

磁性液滴控制裝置及磁性液滴的控制方法
本提案是關於一種磁性液滴控制裝置及磁性液滴的控制方法，特別是一種包含一第一磁場產生器以及一第二磁場產生器之磁性液滴控制裝置及其控制方法。
隨著近年來醫療上逐漸注重預防醫學、早期診斷與早期治療等，對於檢驗環境自動化、定點照護(Point of Care，POC)或近病人端檢驗(Near Patient Testing)與分子診斷的需求也隨之提高。
在一份全球分子檢測市場報告中，預估2015年與2019年的全球分子檢測市場銷售值將分別約為155億美元及425億美元，而平均年成長率則分別高達11.5%及22.4%，因此分子檢測市場實具有龐大的商機。
目前已發表於期刊及專利的生物標記及候選生物標記(biomarker candidate)已有數千種，並以每年上百種的速度持續增加。至2010年2月底前，申請美國專利的生物標記總數為913件，已獲得美國專利的生物標記有76件。此外，目前已有450種生物標記應用於臨床分子醫學檢驗。也就是說，未來醫療照護的發展將更依賴個人化分子醫學檢驗資料庫，來提供個人化醫療，例如用藥安全篩檢、藥物療效追蹤。是以，個人化健康 照護將是一項新興之產業趨勢。
另一方面，世界衛生組織(World Health Organization，WHO)也提出了關於理想的分子診斷系統之準則。根據WHO所提出的理想分子診斷系統之準則，每次檢測必須滿足「ASSURED」這七個英文字母所代表的特徵：付得起(Affordable)、靈敏度(Sensitive，即較少偽陰性)、專一性(Specific，即較少偽陽性)、使用方便(User-friendly)、快速且可靠(Rapid and robust)、不需儀器(Equipment-free)、可傳送至使用者(Deliverable to end-users)。
在中央實驗室進行基因篩檢中，在標準處理流程中，取得病人的檢體(例如：全血、喉頭檢體等)之後，必須經過多道前處理程序(基因篩檢前處理流程：血液、抗體鍵結、清洗、與抗原混合鍵結)，方能進行核酸增幅(如polymerase chain reaction，PCR或methylation-specific PCR，MSP)，最後再進行基因鑑定(例如：real time PCR或電泳)。這樣的標準流程相當耗時、依賴專業人力與大型專業鑑定儀器設備。此外，在處理複雜的檢體(血液、唾液、喉頭等)或者極低濃度的待測物時，其樣品前處理技術更成為困難的操作。
為了提升檢測流程的便利性，通常會將待測物與一磁珠相結合，而使得使用者可藉由操控外界磁場來控制待測物在不同的操控空間內的移動。詳細來說，是藉由外界磁場提供磁珠吸引力，而使與磁珠結合的待測物依據外界磁場所提供的吸引力而移動。
然而，這樣藉由磁場提供磁珠吸引力來控制磁珠移動的方式，其所產生的磁場分佈較不均勻，進而造成磁珠的分離困難，並難以產 生大面積的均勻磁場。此外，磁珠也容易因為與操控空間之間的摩擦力過大而有沾黏的現象發生。
本提案一實施例所揭露的磁性液滴控制裝置，包含一流道、一第一磁場產生器以及一第二磁場產生器。流道用以容置一磁性液滴。第一磁場產生器包含相對的二第一磁場線圈模組。二第一磁場線圈模組位於流道的相對兩側。二第一磁場線圈模組用以提供流道一第一磁場。第二磁場產生器設置於二第一磁場線圈模組之間。第二磁場產生器包含複數個第二磁場線圈。複數個第二磁場線圈用以提供流道一第二磁場。其中，利用第一磁場與第二磁場使磁性液滴於流道內運動。
本提案一實施例所揭露的磁性液滴的控制方法，用以控制一磁性液滴之移動，包含以下步驟。提供一磁性液滴控制裝置，包含一流道、一第一磁場產生器以及一第二磁場產生器。第一磁場產生器包含相對的二第一磁場線圈模組，二第一磁場線圈模組位於流道的相對兩側。第二磁場產生器設置於二第一磁場線圈模組之間。第二磁場產生器包含複數個第二磁場線圈。提供一磁性液滴於流道。提供一磁性液滴於流道。使二第一磁場線圈模組提供流道一第一磁場，以使磁性液滴具有對應第一磁場之方向的磁性。使複數個第二磁場線圈提供流道一第二磁場，以使磁性液滴依據第二磁場而於流道內運動。
根據上述本提案實施例所揭露之磁性液珠控制裝置及其控制方法，由於是藉由第一磁場產生器而使磁性液珠具有與第一磁場相同之磁場方向，再藉由第二磁場產生器所產生之磁場，而使磁性液珠依據第一 磁場與第二磁場之作用而運動。由於是同時藉由二磁場之作用來控制磁性液珠之運動，因而所產生的磁場較為均勻
以上之關於本提案內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本提案之原理，並且提供本提案之專利申請範圍更進一步之解釋。
10‧‧‧磁性液滴控制裝置
10'‧‧‧磁性液滴控制裝置
10"‧‧‧磁性液滴控制裝置
11‧‧‧流道
111‧‧‧操控空間
111a‧‧‧第一操控空間
111b‧‧‧第二操控空間
112‧‧‧分隔結構
1120‧‧‧狹縫
113‧‧‧側壁
114‧‧‧起始端
12‧‧‧第一磁場產生器
120‧‧‧第一磁場線圈模組
120x‧‧‧第一磁場線圈模組
120y‧‧‧第一磁場線圈模組
120z‧‧‧第一磁場線圈模組
120w‧‧‧第一磁場線圈模組
1200‧‧‧第一磁場線圈
13‧‧‧第二磁場產生器
130‧‧‧第二磁場線圈
1300‧‧‧磁場中心
14‧‧‧電流控制器
15‧‧‧第一滑軌模組
15w‧‧‧第二滑軌模組
150‧‧‧滑軌
150w‧‧‧滑軌
11x‧‧‧流道
111x‧‧‧操控空間
114x‧‧‧起始端
11y‧‧‧流道
111y‧‧‧操控空間
112y‧‧‧分隔結構
113y‧‧‧側壁
11z‧‧‧流道
111z‧‧‧檢測空間
112z‧‧‧分隔結構
113z‧‧‧側壁
11w‧‧‧流道
111w‧‧‧操控空間
112w‧‧‧分隔結構
113w‧‧‧側壁
第1A圖為根據本提案一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之立體示意圖。
第1B圖為第1A圖之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
第1C圖為第1A圖之磁性液滴控制裝置於運作狀態下之側面示意圖。
第1D圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
第1E圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
第1F圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
第1G圖為第1F圖之磁性液滴控制裝置之另一側面示意圖。
第1H圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
第1I圖為第1A圖之磁性液滴控制裝置於運作狀態下之磁場分布示意圖。
第2A圖為第1A圖之流道之上視圖。
第2B圖為第2A圖之部分結構剖視圖。
第2C圖為根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖。
第2D圖為根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖。
第2E圖根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖。
第2F圖根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖。
第3A圖為第1A圖之部分結構上視圖。
第3B圖為第3A圖之側視圖。
第4A圖為根據本提案一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖。
第4B圖為第4A圖之磁性液滴控制裝置之流道之上視圖。
第4C圖為第4A圖之步驟S104之磁場分布示意圖。
第5A圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖。
第5B圖為第5A圖之步驟S204中磁性液滴內之磁珠的分布示意圖。
第5C圖為第5A圖之步驟S205中磁性液滴內之磁珠的分布示意圖。
第5D圖為第5A圖之步驟S204之磁場分布示意圖。
第5E圖為第5A圖之步驟S205之磁場分布示意圖。
第5F圖為第5A圖之步驟S204之另一磁場分布示意圖。
第5G圖為第5A圖之步驟S205之另一磁場分布示意圖。
第6A圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖。
第6B圖為第6A圖之磁性液滴控制裝置之流道之上視圖。
第6C圖為第6A圖之步驟S304之磁場分布示意圖。
第6D圖為第6A圖之步驟S305之磁場分布示意圖。
第6E圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖。
第6F圖為第6E圖之步驟S404之磁場分布示意圖。
第6G圖為第6E圖之步驟S405之磁場分布示意圖。
第6H圖為第6E圖之步驟S406之磁場分布示意圖。
第7A圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖。
第7B圖為第7A圖之磁性液滴控制裝置之流道之上視圖。
第7C圖為第7A圖之步驟S504之磁場分布示意圖。
第7D圖為第7A圖之步驟S505之磁場分布示意圖。
以下在實施方式中詳細敘述本提案之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本提案之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本提案相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本提案之觀點，但非以任何觀點限制本提案之範疇。
首先，請參閱第1A圖與第1B圖，第1A圖為根據本提案一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之立體示意圖，第1B圖為第1A圖之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
磁性液滴控制裝置10包含一流道11、一第一磁場產生器12以及一第二磁場產生器13。在本實施例及部分其他實施例中，磁性液滴控制裝置10還包含一電流控制器14，但並不以此為限。
流道11用以容置一磁性液滴(未繪示)。其中，磁性液滴例如包含有一磁珠，而磁珠可以是一具有順磁性之粒子，並且磁珠可藉由例如抗體抗原之具有專一性之結合方式而與一待檢測物相結合。也就是說，磁性液滴係包含有磁珠以及待檢測物。其中，待檢測物可以是抗體、抗原、蛋白質、酵素、核醣核酸、去氧核醣核酸、細胞、細菌，但並不以此為限。為了提升磁珠在磁性液滴內的混合效果，還可摻混一界面活性劑，而界面活性劑例如為山梨糖醇酐油酸酯(span 80)之親油性界面活性劑。此外，流道11內還容置有一環境液體，環境液體例如為一礦物油或一矽油。
此外，使用者還可依據其檢測需求，而在流道11內設置不同的檢測液體。舉例來說，若使用者需要檢測待檢測物中是否具有一特定的去氧核醣核酸序列，則可將此特定的去氧核醣核酸序列之互補的去氧核醣核酸序列容置於流道11中。如此一來，若待檢測物中具有此特定的去氧核醣核酸序列，則藉由二互補的去氧核醣核酸之間以氫鍵相結合，進而在後續的分析中得以檢測出待檢測物中具有此特定的去氧核醣核酸序列。
在本實施例及部分其他實施例中，流道11之一內壁面為一疏水性表面。藉此，以提升磁性液滴與流道11之內壁面之間的接觸角，進而使磁性液滴較不易沾黏於流道11之內壁面，而可提升控制磁性液滴之便利性。
請一併參閱第1A圖、第1B圖以及第2A圖至第2D圖，第 2A圖為第1A圖之流道之上視圖，第2B圖為第2A圖之部分結構剖視圖，第2C圖為根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖，第2D圖為根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖，第2E圖為根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖，第2F圖為根據本提案另一實施例所揭露之流道之上視圖。在本提案實施例中，流道11係為一水平向之流道，並且在第1A圖、第1B圖以及第2A圖至第2F圖之圖式中，係以單一檢測方向之流道11作為舉例說明，但並不以此為限。在其他實施例中，流道亦可具有彼此相交之二檢測方向。
在本實施例及部份其他實施例中，流道11係包含複數個操控空間111以及對應複數個操控空間111之至少一分隔結構112。分隔結構112例如為分別自流道11的相對兩側壁113所凸出之弧形結構，而弧形結構的寬度W1為3公厘，兩側壁113之間的距離T1為6公厘，並且分隔結構112具有一狹縫1120，而分隔結構112的狹縫1120連通相連的操控空間111。其中，每一操控空間111之縱向截面積A1大於狹縫1120之縱向截面積A2(如第2B圖所示)。此外，在本實施例及部分其他實施例中，狹縫1120的孔徑係介於0.3公厘至0.7公厘。須注意的是，上述結構之尺寸僅用以作為示例說明，並非用以限定本提案。
其中，使用者可視其需求而在不同的操控空間111容置不同的液體，藉此使用者可在不同的操控空間111內進行例如前處理、檢測或後處理等操作。
在第2A圖之實施例中，流道11之一起始端114與操控空間111之間的最短距離L1相隔至少6公厘。為了減少流道11x所佔的體積， 在本提案部分實施例中，流道11x之起始端114x與操控空間111x之間的最短距離L2為4公厘(如第2C圖所示)。此外，為了提升磁性液滴自一操控空間111y沿著方向D移動至另一操控空間111y之流暢性，亦即減少流道11y對磁性液滴沿著方向D移動時所施加之阻力，在本提案部分其他實施例中，分隔結構112y之弧形結構的寬度W2為3.5公厘(如第2D圖所示)。如此一來，分隔結構112y自側壁113y凸起的變化率(△X/△Y)較低，因而可減少流道11y對磁性液滴沿著方向D移動時施加之阻力。另一方面，為了提升磁性液滴自一操控空間111z沿著方向D移動至另一操控空間111z之流暢性，還可減少二側壁113z之間的距離T2(如第2E圖所示)。詳細來說，在本實施例中，二側壁113z之間的距離T2為4公厘。如此一來，由於二側壁113z之間的距離較小，因而可避免磁性液滴自一操控空間111z移動至另一操控空間111z時，磁性液滴因為受到分隔結構112z阻礙而不易自一操控空間111z移動至另一操控空間111z。此外，分隔結構112w也可以是分別自流道11w的兩側壁113w凸起之魚鱗狀結構(如第2F圖所示)，亦即分隔結構112w自側壁113w凸起的變化率(△X/△Y)係沿著方向D而增加。藉此，可使磁性液滴自一操控空間111w沿著移動至另一操控空間111w時較為流暢。
接著，請參閱第1A圖至第1H圖，第1C圖為第1A圖之磁性液滴控制裝置於運作狀態下之側面示意圖，第1D圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖，第1E圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖，第1F圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖，第1G圖為第1F圖之磁性液滴控制 裝置之另一側面示意圖，第1H圖為本提案另一實施例所揭露之磁性液滴控制裝置之側面示意圖。
第一磁場產生器12包含相對的二第一磁場線圈模組120。在本實施例中，二第一磁場線圈模組120係相對於流道11而對稱設置，然並不以此為限。在本實施例中，每一第一磁場線圈模組120分別具有一第一磁場線圈1200。然而，第一磁場線圈1200之數目並非用以限定本提案。在部分其他實施例中，每一第一磁場線圈模組120x可以分別具有二第一磁場線圈1200(如「第1D圖」所示)，並且第一磁場線圈1200之間還可具有相異之半徑，而具有較大半徑之第一磁場線圈1200係位於具有較小半徑之第一磁場線圈1200之間。在部分其他實施例中，每一第一磁場線圈模組120y可以分別具有四第一磁場線圈1200(如「第1E圖」所示)，並且第一磁場線圈1200之間還可具有相異之半徑，而具有較大半徑之第一磁場線圈1200係位於具有較小半徑之第一磁場線圈1200之間。
此外，在部分的實施例中，磁性液滴控制裝置10'還包含有一第一滑軌模組15，位於流道11的相對兩側。詳細來說，第一滑軌模組15包含相對的二滑軌150，而滑軌150分別位於流道11的相對兩側。第一磁場線圈模組120z可移動地分別設置於滑軌150。藉此，第一磁場線圈模組120z可相對流道11移動(如「第1F圖」、「第1G圖」所示)。其中，第一磁場線圈模組120z是隨著磁性液滴的位置而移動，並且第一磁場線圈模組120z所產生的第一磁場是涵蓋磁性液滴的運動範圍。也就是說，第一磁場線圈模組120z所產生的磁場的位置是隨著磁性液滴的位置而改變。須注意的是，第一磁場線圈模組120z的移動方向並非用以限定本提案。詳細來說， 第一磁場線圈模組120z可以進行一維方向的移動，也可以進行二維方向的移動。
此外，第一磁場線圈模組120z依照磁性液滴的位置而沿著滑軌150移動並非用以限定本提案。請參閱第1H圖，在第1H圖中，磁性液滴控制裝置10"的流道11與第二磁場產生器13是設置在第二滑軌模組15w的至少一滑軌150w上。也就是說，在本實施例中，隨著磁性液滴的移動，流道11與第二磁場產生器13會沿著滑軌150w移動。
此外，在部分的實施例中，磁性液滴控制裝置也可以同時包含有第一滑軌模組與第二滑軌模組。藉此，使第一磁場線圈模組與流道、第二磁場產生器可透過第一滑軌模組與第二滑軌模組以相對移動。
在「第1F圖」至「第1H圖」之實施例中，由於是藉由第一滑軌模組15、第二滑軌模組15w來改變第一磁場線圈模組120z、120w與流道11、第二磁場產生器13之間的相對位置，因而第一磁場線圈模組120z、120w僅需要針對磁性液滴所在的位置提供第一磁場。因此，第一磁場線圈模組120z、120w(及其產生的第一磁場)不需要涵蓋整個磁性液滴控制裝置10'、10"。如此一來，除了可大幅縮小第一磁場線圈模組120z、120w的體積之外，還可降低第一磁場線圈模組120z、120w所要消耗的功率。
參閱第1A圖至第1C圖、第1I圖、第2A圖與第3A圖、第3B圖，第1I圖為第1A圖之磁性液滴控制裝置於運作狀態下之磁場分布示意圖，第3A圖為第1A圖之部分結構下視圖，第3B圖為第3A圖之側視圖。
第一磁場線圈模組120分別位於流道11的上下兩側。也就是說，在垂直方向(亦即方向Z)上，流道11係介於二第一磁場線圈模組 120之間。第一磁場線圈模組120用以提供一第一磁場。其中，第一磁場在同一操控空間111內係均勻分布，亦即第一磁場在同一操控空間111內之同一水平面具有相同之磁場強度，並且在與分隔結構112相同距離之同一鉛直面亦具有相同之磁場強度。
第二磁場產生器13包含複數個第二磁場線圈130，而第二磁場線圈130係以陣列排列之方式設置於二第一磁場線圈模組120之間。第二磁場線圈130用以提供一第二磁場。其中，每一第一磁場線圈模組120與每一第二磁場線圈130可以是一印刷電路板線圈(print circuit board)、一電磁鐵線圈(electromagnet)或一微線圈(micro coil)，但不以此為限。
在本實施例中，第一磁場與第二磁場在Z方向的磁場係介於20毫特斯拉(mT)至80毫特斯拉之間，並且在4公分×4公分之面積範圍內，第一磁場與第二磁場在Z方向的磁場係為均勻的磁場。另一方面，第一磁場與第二磁場在X-Y軸方向之磁場梯度差為10毫特斯拉。須注意的是，上述之磁場大小並非用以限定本提案，使用者可視其需求而調整磁場之大小。
詳細來說，每一操控空間111對應至少二第二磁場線圈130，並且分隔結構112係位於相鄰的第二磁場線圈130之間。此外，每一第二磁場線圈130分別具有一磁場中心1300，每一磁場中心於流道11之投影係位於狹縫1120之外。如此一來，每一操控空間111可藉由至少二第二磁場線圈130來控制第二磁場在操控空間111處的磁場大小，而每一狹縫1120亦可藉由相鄰的至少二第二磁場線圈130來控制第二磁場在狹縫1120處的磁場大小。
更詳細來說，分隔結構112的狹縫1120係位於相鄰的二磁場中心1300之間。也就是說，磁場中心1300與狹縫1120在Z方向之投影係位於相異之位置。由於相鄰的二磁場中心1300係位於狹縫1120之兩側，因而可藉由操控第一磁場以及第二磁場以將磁性液滴自操控空間111移動至另一操控空間111(如第3A圖所示)。
另一方面，本實施例之第二磁場線圈130在Z方向上是依序上下交錯來設置(如第3B圖所示)，但不以此為限。在其他實施例中，第二磁場線圈130在Z方向上也可以是位於同一水平面。
電流控制器14電性連接於第一磁場產生器12以及第二磁場產生器13，電流控制器14用以控制第一磁場之磁場強度以及第二磁場之磁場強度。詳細來說，可藉由電流控制器14來控制流經第一磁場產生器12以及第二磁場產生器13之電流，進而控制第一磁場產生器12以及第二磁場產生器13所產生之第一磁場以及第二磁場隨著空間的分布以及隨著時間的變化。更詳細來說，電流控制器14係用以控制第一磁場的大小以及第二磁場隨著時間的變化(例如：在不同時點，第二磁場相對於第一磁場之方向為正向、反向或者是第二磁場為零)。
如此一來，藉由控制第一磁場產生器12所產生之第一磁場以及第二磁場產生器13所產生之第二磁場，進而控制第一磁場與第二磁場之間的交互作用(如第1C圖所示)，使用者可藉由第一磁場與第二磁場之間透過空間磁場(X-Y-Z方向)依序切換磁場的均勻性分佈、磁場梯度分佈及Z軸方向磁場梯度(如第1I圖所示)，而可對磁性液滴進行傳輸、混合、分離、攪動、切割及傳輸等運動，因而可對磁性液滴中的待檢測物進行較 複雜之操作。由於本提案實施例係同時藉由第一磁場與第二磁場之交互作用來控制磁性液滴，因而所產生之磁場梯度的分布較為均勻，進而在控制磁珠之運動上較為便利。
以下將針對使用者如何控制磁性液滴於流道內之運動進行更詳細的介紹。須注意的是，在以下敘述中，係使用「第1B圖」之磁性液滴控制裝置10進行操作，並且係以控制一磁性液滴於流道內之運動進行舉例說明，然磁性液滴之數目並非用以限定本提案。也就是說，使用者可視其需求而同時控制多個磁性液滴於流道內之運動。此外，使用「第1B圖」之磁性液滴控制裝置10進行操作並非用以限定本提案。在部分的實施例中，也可以使用例如「第1F圖」、「第1H圖」之磁性液滴控制裝置10'、10"來進行操作，並且在「第1F圖」之實施例中，第一磁場線圈模組120z是依據磁性液滴之位置而延著滑軌150移動。也就是說，在「第1F圖」之實施例中第一磁場線圈模組120z所產生的磁場的位置會隨著磁性液滴之位置而改變。
首先，請參閱第1A圖、第4A圖至第4C圖，第4A圖為根據本提案一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖，第4B圖為第4A圖之磁性液滴控制裝置之流道之上視圖，第4C圖為第4A圖之步驟S104之磁場分布示意圖。在第4A圖至第4C圖之實施例中，將介紹如何控制磁性液滴於流道11內之移動。
首先，提供一磁性液滴控制裝置10(S101)。其中，磁性液滴控制裝置10之結構如第1A圖、第1B圖所示，故不再贅述。
接著，提供一磁性液滴於流道11(S102)。其中，磁性液滴 可以是包含有與待檢測物相結合之磁珠，或者是未與待檢測物相結合之磁珠。
然後，使二第一磁場線圈模組120提供流道11一第一磁場(S103)，藉以使磁性液滴具有對應於第一磁場之方向的磁性。詳細來說，由於磁性液滴內的磁珠為一具有順磁性之粒子，因而當二第一磁場線圈模組120提供流道11一第一磁場時，磁性液滴內的磁珠會具有與第一磁場相同方向之磁性。此外，藉由提供磁性液滴第一磁場，還可使磁珠於磁性液滴內的分布較為均勻。
接著，使第二磁場於流道11之一第一位置P1提供一相同於第一磁場之磁力方向於磁性液滴(S104)，藉以吸引磁性液滴而將磁性液滴自相異於第一位置P1之一第二位置P2吸引至第一位置P1(如第4B圖所示)。詳細來說，在第二磁場於流道11之第一位置P1提供相同於第一磁場之磁力方向時，由於第二磁場以及第一磁場於第一位置P1之磁場方向相同，因而二磁場相加後，第一位置P1相較於第二位置P2具有較大之吸引力，進而可將磁性液滴自第二位置P2吸引至第一位置P1。如此一來，即可控制磁性液滴於流道11內之移動。其中，磁性液滴控制裝置10於步驟(S104)之磁場分布示意圖如第4C圖所示。須注意的是，第4A圖至第4C圖之實施例係針對如何控制磁性液滴於同一操控空間111內之移動，如何控制磁性液滴於相異操控空間111內之移動將於稍後之段落進行介紹。
接下來，請參閱第1A圖、第5A圖至第5G圖，第5A圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖，第5B圖為第5A圖之步驟S204中磁性液滴內之磁珠的分布示意圖，第5C圖為第5A 圖之步驟S205中磁性液滴內之磁珠的分布示意圖，第5D圖為第5A圖之步驟S204之磁場分布示意圖，第5E圖為第5A圖之步驟S205之磁場分布示意圖，第5F圖為第5A圖之步驟S204之另一磁場分布示意圖，第5G圖為第5A圖之步驟S205之另一磁場分布示意圖。在第5A圖至第5G圖之實施例中，將介紹如何控制磁性液滴於流道11內之攪動。其中，攪動係指磁珠在磁性液滴內之混合運動。在以下敘述中，係以磁性液滴於同一操控空間111內之攪動進行舉例說明，但並不以此為限。使用者亦可視其需求同時使磁性液滴於流道11內同時進行移動與攪動。其中，第5A圖之步驟(S201)至步驟(S203)與第4A圖之步驟(S101)至步驟(S103)相同或相似，故不再贅述。
在使磁性液滴具有與第一磁場相同方向之磁性後，使第二磁場線圈130交錯提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向以及一相反於第一磁場之磁力方向(S204)，藉以使磁珠於磁性液滴內攪動。如此一來，使用者可藉由第5A圖之實施例之流程，而將磁珠與待檢測物充分結合或者是使與待檢測物結合後之磁性液滴與檢測液體混合均勻。
詳細來說，當第二磁場線圈130於操控空間111內提供磁性液滴相同於第一磁場之磁力方向(如第5D圖、第5F圖所示)時，磁珠M會被第一磁場與第二磁場作用形成之吸引力集中於磁性液滴B內(如第5B圖所示)。另一方面，當第二磁場線圈130於操控空間111內提供磁性液滴相反於第一磁場之磁力方向(如第5E圖、第5G圖所示)時，磁珠M會分散在磁性液滴B(如第5C圖所示)。
進一步來說，使用者還可依照磁性液滴中磁珠的質量來調整 第一磁場之大小。詳細來說，當磁珠的質量較大時，若第一磁場較小，則磁珠容易在磁性液滴內聚集，而使得分布較不均勻。因此，若所提供之磁性液滴中的磁珠之質量較大時，可提供一較大之第一磁場，以使磁珠於磁性液滴內之分布較均勻。磁性液滴控制裝置10於步驟(S204)之磁場分布示意圖如第5D圖至5G圖所示，其中5D圖與5E圖係針對質量較小之磁珠進行操作，而5F圖與5G圖係針對質量較大之磁珠進行操作。
接下來，請參閱第1A圖、第6A圖至第6D圖，第6A圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖，第6B圖為第6A圖之磁性液滴控制裝置之流道之上視圖，第6C圖為第6A圖之步驟S304之磁場分布示意圖，第6D圖為第6A圖之步驟S305之磁場分布示意圖。在第6A圖至第6D圖之實施例中，將介紹如何控制磁性液滴於流道11內之移動。詳細來說，係以如何將磁性液滴自一第一操控空間111a移動並集中至相鄰之分隔結構112之狹縫1120進行說明。其中，第6A圖之步驟(S301)至步驟(S303)與第4A圖之步驟(S101)至步驟(S103)相同或相似，故不再贅述。
在使磁性液滴具有與第一磁場相同方向之磁性後，於一第一時點，使第二磁場線圈130產生之第二磁場於第一操控空間111a之一第一位置P1提供磁性液滴一相反於第一磁場之磁力方向，並且使第二磁場於一第二操控空間111b之一第三位置P3提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向(S304)。然後，於第一時點之後之一第二時點，使第二磁場於第一操控空間111a之一第一位置P1提供磁性液滴一相反於第一磁場之磁力方向，使第二磁場於第一操控空間111a之一第二位置P2提供磁性液滴一相反於第 一磁場之磁力方向，並且使第二磁場於第二操控空間111b之一第三位置P3提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向(S305)。其中，第二位置P2較第一位置P1接近第二操控空間111b。如此一來，藉由第二磁場於流道11內隨時間之變化，而可吸引磁性液滴自第一操控空間111a移動並集中至相鄰之狹縫1120。其中，磁性液滴控制裝置10於步驟(S304)之磁場分布示意圖如第6C圖所示，磁性液滴控制裝置10於步驟(S305)之磁場分布示意圖如第6D圖所示。
接下來，請參閱第1A圖、第6B圖、第6E圖至第6H圖，第6E圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖，第6F圖為第6E圖之步驟S404之磁場分布示意圖，第6G圖為第6E圖之步驟S405之磁場分布示意圖，第6H圖為第6E圖之步驟S406之磁場分布示意圖，第6E圖至第6G圖之實施例與第6A圖、第6C圖與第6D圖之實施例相似，其差別係在於在第6A圖之實施例之第一時點與第二時點之間的一第三時點，第6E圖之實施例另包含一操作步驟。
在第一時點與第二時點之間之第三時點，使第二磁場於第一操控空間111a之一第一位置P1提供磁性液滴一相反於第一磁場之磁力方向，使第二磁場於第一操控空間111a之第二位置P2提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向，並且使第二磁場於第二操控空間111b之第三位置提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向(S405)。其中，第二位置P2較第一位置P1接近第二操控空間111b。如此一來，在將磁性液滴移動至第二操控空間111b之前，可藉由步驟(S405)而將磁性液滴更加地集中於狹縫1120，以減少在進行步驟(S406)以將磁性液滴內的磁珠移動至第二操控空 間111b之後，部分的磁珠仍殘留在第一操控空間111a。其中，磁性液滴控制裝置10於步驟(S404)之磁場分布示意圖如第6F圖所示，磁性液滴控制裝置10於步驟(S405)之磁場分布示意圖如第6G圖所示，磁性液滴控制裝置10於步驟(S406)之磁場分布示意圖如第6H圖所示。
接下來，請參閱第1A圖、第7A圖至第7D圖，第7A圖為根據本提案另一實施例所揭露之磁性液滴的控制方法之流程圖，第7B圖為第7A圖之磁性液滴控制裝置之流道之上視圖，第7C圖為第7A圖之步驟S504之磁場分布示意圖，第7D圖為第7A圖之步驟S505之磁場分布示意圖。在第7A圖至第7D圖之實施例中，將介紹如何控制磁性液滴於流道11內之移動。詳細來說，係以磁性液滴於狹縫1120移動至相鄰之一第二操控空間111b進行說明。更詳細來說，使用者可結合第6A圖以及第7A圖至第7D圖之實施例以依序將磁性液滴內的磁珠自一第一操控空間111a移動至狹縫1120，再移動至第二操控空間111b。如此一來，即可將磁性液滴內的磁珠在流道11內相異之操控空間111a、111b移動。其中，第7A圖之步驟(S501)至步驟(S503)與第4A圖之步驟(S101)至步驟(S103)相同或相似，故不再贅述。
在使磁性液滴具有與第一磁場相同方向之磁性後之一第一時點，使第二磁場線圈130產生之第二磁場於第一操控空間111a之第一位置P1提供磁性液滴一相反於第一磁場之磁力方向，並且使第二磁場於第二操控空間111b之第三位置P3提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向(S504)。然後，在第一時點之後之一第二時點，使第二磁場於第一操控空間111a之第二位置P2提供磁性液滴一相反於第一磁場之磁力方向，並且使 第二磁場於第二操控空間111b之一第四位置P4提供磁性液滴一相同於第一磁場之磁力方向(S505)。其中，第二位置P2較第一位置P1接近第二操控空間111b，而第三位置P3較第四位置P4接近第一操控空間111a。如此一來，藉由第二磁場於流道11內隨時間之變化，而可吸引磁性液滴內的磁珠於狹縫1120移動至相鄰之第二操控空間111b。其中，磁性液滴控制裝置10於步驟(S504)之磁場分布示意圖如第7C圖所示，磁性液滴控制裝置10於步驟(S505)之磁場分布示意圖如第7D圖所示。
藉由上述本提案所揭露之第4A圖、第5A圖、第6A圖與第7A圖之實施例，使用者可藉由上述實施例之組合來進行生物檢測。舉例來說，使用者將一待檢測物配置於一第一操控空間，再藉由第4A圖之實施例使待檢測物與磁性液滴相混合，並藉由第5A圖之實施例使待檢測物與磁性液滴混合均勻並充分結合。再依序經由第6A圖之實施例使磁性液滴集中於狹縫，再藉由7A圖之實施例使磁性液滴內的磁珠自狹縫移動至另一操控空間。在另一操控空間中，使用者可準備檢測液體，來檢測與磁珠結合之待檢測物。接著，可再藉由第6A圖與第7A圖之實施例使檢測後之磁性液滴內的磁珠移動至又一操控空間。或者，使用者可藉由第4A圖與第5A圖之實施例使待檢測物相結合，再藉由第6A圖與第7A圖之實施例使磁性液滴內的磁珠移動至另一操控空間，再藉由第4A圖與第5A圖之實施例來清洗待檢測物。綜上所述，使用者可視其需求將第4A圖、第5A圖、第6A圖與第7A圖之實施例進行組合來進行檢測。
根據上述本提案實施例所揭露之磁性液滴控制裝置及其控制方法，由於是藉由第一磁場產生器而使磁性液滴具有與第一磁場相同之 磁場方向，再藉由第二磁場產生器所產生之磁場，而使磁性液滴依據第一磁場與第二磁場之作用而運動。由於是同時藉由二磁場之作用來控制磁性液滴之運動，因而所產生的磁場較為均勻。
此外，藉由第一磁場與第二磁場之間透過空間磁場(X-Y-Z方向)依序切換磁場的均勻性分佈、磁場梯度分佈及Z軸方向磁場梯度，而可對磁性液滴進行傳輸、混合、分離、攪動、切割及傳輸等運動，因而可對磁性液滴中的待檢測物進行複雜之操作，並且還可同時操控多個磁性液滴的運動。
此外，由於可將檢測的各個程序(例如：前處理、檢測或後處理)集中至同一磁性液滴控制裝置進行，因此整個檢測流程可視為一晶片在實驗室(lab-on-chip)的檢測方法，在檢測上較為便利。
此外，在部分的實施例中，由於第一磁場線圈模組是設置於滑軌上，並且第一磁場線圈模組是隨著磁性液滴的位置而沿著滑軌移動，而第一磁場線圈模組只需要針對磁性液滴所在的位置來提供第一磁場，因而第一磁場線圈模組及其產生的第一磁場不需要涵蓋整個磁性液滴控制裝置。因此，除了可大幅縮小第一磁場線圈模組的體積，還可以進一步降低第一磁場線圈模組所要消耗的功率。
雖然本提案以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本提案，任何熟習相像技藝者，在不脫離本提案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本提案之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧磁性液滴控制裝置
11‧‧‧流道
12‧‧‧第一磁場產生器
13‧‧‧第二磁場產生器

Claims (21)

  1. 一種磁性液滴控制裝置，包含：一流道，用以容置一磁性液滴；一第一磁場產生器，包含相對的二第一磁場線圈模組，該二第一磁場線圈模組位於該流道的相對兩側，該二第一磁場線圈模組用以提供該流道一第一磁場；以及一第二磁場產生器，設置於該二第一磁場線圈模組之間，該第二磁場產生器包含複數個第二磁場線圈，該複數個第二磁場線圈用以提供該流道一第二磁場；其中，利用該第一磁場與該第二磁場使該磁性液滴於該流道內運動。
  2. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中每一該第一磁場線圈模組具有一第一磁場線圈。
  3. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中每一該第一磁場線圈模組具有二第一磁場線圈。
  4. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中每一該第一磁場線圈模組具有四第一磁場線圈。
  5. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，另包含：一第一滑軌模組，包含相對的二滑軌，該二滑軌位於該流道的相對兩側，該二第一磁場線圈模組可移動地分別設置於該二滑軌。
  6. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，另包含： 一第二滑軌模組，包含至少一滑軌，該流道與該第二磁場產生器可移動地設置於該至少一滑軌。
  7. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，另包含：一電流控制器，電性連接於該第一磁場產生器以及該第二磁場產生器，該電流控制器用以控制該第一磁場之磁場強度以及該第二磁場之磁場強度。
  8. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中該流道包含複數個操控空間以及對應該複數個操控空間之至少一分隔結構，該至少一分隔結構位於相鄰之二該操控空間之間，該至少一分隔結構具有一狹縫，該至少一分隔結構之該狹縫連通相鄰之二該操控空間，利用該第一磁場與該第二磁場作用以使該磁性液滴內的一磁珠自其中一該操控空間通過該狹縫而移動至相鄰之另一該操控空間。
  9. 如請求項8所述之磁性液滴控制裝置，其中該分隔結構位於相鄰之至少二該第二磁場線圈之間。
  10. 如請求項8所述之磁性液滴控制裝置，其中每一該操控空間之縱向截面積大於該至少一分隔結構之該狹縫之縱向截面積。
  11. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中該流道之一內壁面為一疏水性表面。
  12. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中每一該操控空間對應至少二該第二磁場線圈。
  13. 如請求項1所述之磁性液滴控制裝置，其中該複數第二磁場線圈係以陣列排列之方式設置於該二第一磁場線圈模組之間。
  14. 一種磁性液滴的控制方法，用以控制一磁性液滴之移動，包含：提供一磁性液滴控制裝置，包含一流道、一第一磁場產生器以及一第二磁場產生器，該第一磁場產生器包含相對的二第一磁場線圈模組，該二第一磁場線圈模組位於該流道的相對兩側，該第二磁場產生器設置於該二第一磁場線圈模組之間，該第二磁場產生器包含複數個第二磁場線圈；提供一磁性液滴於該流道；使該二第一磁場線圈模組提供該流道一第一磁場，以使該磁性液滴具有對應該第一磁場之方向的磁性；以及使該複數個第二磁場線圈提供該流道一第二磁場，以使該磁性液滴依據該第二磁場而於該流道內運動。
  15. 如請求項14所述之磁性液滴的控制方法，其中該使該複數個第二磁場線圈提供該流道一第二磁場，以使該磁性液滴依據該第二磁場而於該流道內運動之步驟另包含：使該第二磁場於該流道之一第一位置提供一相同於該第一磁場之磁力方向於該磁性液滴，以吸引該磁性液滴自該流道之一第二位置移動至該第一位置。
  16. 如請求項14所述之磁性液滴的控制方法，其中該使該複數個第二磁場線圈提供該流道一第二磁場，以使該磁性液滴依據該第二磁場而於該流道內運動之步驟另包含：使該第二磁場交錯提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向以及一相反於該第一磁場之磁力方向，以使該磁性液滴內的一磁珠於該磁性液滴內攪動。
  17. 如請求項14所述之磁性液滴的控制方法，其中該流道包含一第一操控空間、一第二操控空間以及連通該第一操控空間、該第二操控空間之一狹縫，該第一操控空間具有相對的一第一位置以及一第二位置，該第二位置較該第一位置靠近該第二操控空間，該第二操控空間具有一第三位置，其中該使該複數個第二磁場線圈提供該流道一第二磁場，以使該磁性液滴依據該第二磁場而於該流道內運動之步驟另包含：於一第一時點，使該第二磁場於該第一操控空間之該第一位置提供該磁性液滴一相反於該第一磁場之磁力方向，並且使該第二磁場於該第二操控空間之該第三位置提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向；以及於該第一時點之後之一第二時點，使該第二磁場於該第一操控空間之該第一位置提供該磁性液滴一相反於該第一磁場之磁力方向，使該第二磁場於該第一操控空間之該第二位置提供該磁性液滴一相反於該第一磁場之磁力方 向，並且使該第二磁場於該第二操控空間之該第三位置提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向，以使該磁性液滴自該第一操控空間移動至該狹縫。
  18. 如請求項17所述之磁性液滴的控制方法，其中於該第一時點以及該第二時點之間之一第三時點，另包含：使該第二磁場於該第一操控空間之該第一位置提供該磁性液滴一相反於該第一磁場之磁力方向，使該第二磁場於該第一操控空間之該第二位置提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向，並且使該第二磁場於該第二操控空間之該第三位置提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向。
  19. 如請求項14所述之磁性液滴的控制方法，其中該流道包含一第一操控空間、一第二操控空間以及連通該第一操控空間、該第二操控空間之一狹縫，該第一操控空間具有相對的一第一位置以及一第二位置，該第二位置較該第一位置靠近該第二操控空間，該第二操控空間具有相對的一第三位置以及一第四位置，該第三位置較該第四位置靠近該第一操控空間，其中該使該複數個第二磁場線圈提供該流道一第二磁場，以使該磁性液滴依據該第二磁場而於該流道內運動之步驟另包含：於一第一時點，使該第二磁場於該第一操控空間之該第一位置提供該磁性液滴一相反於該第一磁場之磁力方 向，並且使該第二磁場於該第二操控空間之該第三位置提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向；以及於該第一時點之後之一第二時點，使該第二磁場於該第一操控空間之該第二位置提供該磁性液滴一相反於該第一磁場之磁力方向，並且使該第二磁場於該第二操控空間之該第四位置提供該磁性液滴一相同於該第一磁場之磁力方向，以使該磁性液滴內的磁珠自該狹縫移動至該第二操控空間。
  20. 如請求項14所述之磁性液滴的控制方法，其中該磁性液滴控制裝置另包含一第一滑軌模組，該第一滑軌模組包含相對的二滑軌，該二滑軌位於該流道的相對兩側，該二第一磁場線圈模組可移動地分別設置於該二滑軌，其中於使該二第一磁場線圈模組提供該流道一第一磁場，以使該磁性液滴具有對應該第一磁場之方向的磁性之步驟中，另包含：使該二第一磁場線圈模組依據該磁性液滴之位置而沿著該二滑軌移動。
  21. 如請求項14所述之磁性液滴的控制方法，其中該磁性液滴控制裝置另包含一第二滑軌模組，該第二滑軌模組包含至少一滑軌，該流道與該第二磁場產生器可移動地設置於該至少一滑軌，其中於使該二第一磁場線圈模組提供該流 道一第一磁場，以使該磁性液滴具有對應該第一磁場之方向的磁性之步驟中，另包含：使該流道與該第二磁場產生器依據該磁性液滴之位置而沿著該至少一滑軌移動。
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