TWI575236B - 用於凝結感測之微流體晶片及微流體裝置 - Google Patents

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尙朵樂Ｅ 多明戈
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Description

用於凝結感測之微流體晶片及微流體裝置
本發明關於用於凝結感測之微流體晶片及微流體裝置。
微流體是一種應用橫跨包含工程、物理學、化學、微技術以及生物技術的各種學科之技術。微流體係牽涉到小量的流體的研究、以及在各種的微流體的系統以及例如是微流體晶片之裝置中如何操縱、控制及使用此種小量的流體。例如，微流體的生物晶片(被稱為"晶片上實驗室")係被使用在分子生物學的領域中，以整合為了例如是分析酵素及DNA、偵測生化毒素及病原體、診斷疾病、等等之目的之化驗的操作。
根據本發明之一個態樣，其提供一種微流體晶片，其係包括：一微流體通道；一在該微流體通道的一末端的出口，其係具有一空氣介面；以及一阻抗感測器，其係位在該微流體通道之內並且在該空氣介面的一特定的接近程度之內，該阻抗感測器是用以判斷一通過該微流體通道而流至該阻抗感測器的血液樣本的一凝血級聯的一階段。
根據本發明之一個態樣，其提供一種微流體晶片，其係包括：複數個微流體通道，其係導引一血液樣本的一流動，其中該複數個微流體通道的每一個係包含一噴嘴，該噴嘴係具有一空氣介面；以及該些微 流體通道的每一個係具有一個別的阻抗感測器，每一個阻抗感測器係包含一輸入高側的電極以及一輸入低側的電極，該輸入高側的電極係相對於該輸入低側的電極接近該空氣介面，每一個阻抗感測器是用以在一段時間期間，根據藉由每一個阻抗感測器偵測到的阻抗的一改變來偵測該血液樣本的凝結的一階段。
根據本發明之一個態樣，其提供一種微流體裝置，其係包括：一匣，其係包含一流體儲存槽以接收一血液樣本；一微流體晶片，其係耦接至該匣，該微流體晶片係包含一微流體通道以導引該血液樣本至一在該微流體通道的一末端的噴嘴的一流動，該噴嘴係具有一空氣介面以累積該血液樣本；以及一阻抗感測器，其係位在相鄰該噴嘴之處，以偵測在該血液樣本中的凝結的一階段。
100‧‧‧微流體感測系統
101‧‧‧匣
102‧‧‧微流體晶片
104‧‧‧流體儲存槽
106‧‧‧電子控制器
108‧‧‧計算裝置
109‧‧‧作業系統(OS)
110‧‧‧中央處理單元(CPU)
111‧‧‧驅動程式
112‧‧‧支援電路
114‧‧‧記憶體
116‧‧‧輸入/輸出(I/O)電路
118‧‧‧外部的介面
119‧‧‧通訊媒體
120‧‧‧顯示器
122‧‧‧使用者介面(UI)
124‧‧‧入口/出口室
126‧‧‧微流體通道
128‧‧‧致動器
130‧‧‧微流體過濾器
131‧‧‧感測器
132‧‧‧電性介面
133‧‧‧噴嘴
134‧‧‧控制器
136‧‧‧I/O電路
138‧‧‧記憶體
140‧‧‧利用硬體的指令
142‧‧‧電源供應器
202‧‧‧微流體晶片
204‧‧‧流體儲存槽
226、226-1、226-2‧‧‧微流體通道
228、228-1、228-2‧‧‧致動器
230‧‧‧過濾器
231、231-1、231-2‧‧‧感測器
233、233-1、233-2‧‧‧噴嘴
250‧‧‧流體樣本
251、251-1、251-2‧‧‧入口
302‧‧‧微流體晶片
326‧‧‧通道
331‧‧‧感測器
354‧‧‧微粒
360‧‧‧電場區域(EFR)
361‧‧‧電性接地
362‧‧‧輸入電極
470‧‧‧凝血級聯期間的阻抗改變
471‧‧‧偵測到不具有凝血成分
472‧‧‧凝血級聯的第一階段
473‧‧‧偵測到接近該些噴嘴之聚集的血小板
474‧‧‧凝血級聯的第二階段
475‧‧‧凝血級聯的第三階段
圖1是描繪根據本揭露內容的一種微流體感測系統的一個例子。
圖2係描繪根據本揭露內容的一種用於凝結感測之微流體晶片的一個例子的概要圖。
圖3係進一步描繪根據本揭露內容的一種微流體晶片的一個例子。
圖4係描繪在一凝血級聯(coagulation cascade)期間利用根據本揭露內容的一種微流體晶片偵測到的阻抗變化的圖形表示。
微流體晶片可以在治療點的檢驗中被採用，以在和一待被檢驗的個人相關的一位置處致能化驗的操作。例如，在微流體的檢驗之各種 的治療點的方法中，一樣本可以藉由在微流體的測試裝置中的一感測器來加以分析，以給予一疾病狀態以及其它可能的狀況的一項指示。
一個活細胞是生物的基本結構及功能的單元。大多數的動物及植物細胞的尺寸範圍是從1到100微米，而且包含重要的健康資訊。細胞為基礎的診斷可被使用於偵測傳染性疾病、慢性疾病、以及各種生物學的異常狀況，例如是血液凝固障害。傳統的細胞層級的診斷工具例如可能是昂貴的、牽涉到專門的訓練來操作、並且可能無法總是被配置在治療點的環境中。再者，醫療保健正逐漸地從集中化的醫院轉移到一更為分散且/或家中的環境中。儘管此轉變具有一較小且較可攜的形式，但是其例如仍然可以牽涉到提供和在醫院中利用複雜的機器所完成的檢驗相同程度的效能及功能之技術的使用。
某些診斷工具係能夠量測血液樣本的凝結速率。然而，此種診斷工具係需要試劑及/或活化劑的使用，以加速凝結速率至一可量測的位準。類似地，此種診斷工具並未判斷一血液樣本可能處於的凝血級聯之一特定的階段。相對地，根據本揭露內容的一種微流體晶片可包含一阻抗感測器，以在不添加試劑及/或活化劑來加速該凝結過程之下，判斷一凝血級聯的一階段。
為了此揭露內容的目的，該術語"微流體"係指和分別具有在"微"範圍(微升或微米)內的體積、或是帶有在"微"範圍(微升或微米)內的尺寸的微粒之流體相互作用的裝置及/或通道。為了此揭露內容的目的，該術語"微粒"係包含任何微小的片、片段或是量，其包含但不限於一生物細胞、或是生物細胞的群組。一"流體"可包括一液體、一氣體、或是其之混合物。此 外，一"生物的樣本"係指血液及/或血液成分，例如是血漿及/或血清、以及其它成分。
圖1是描繪根據本揭露內容的一種微流體感測系統100的一個例子。如同在圖1中所繪，該微流體感測系統100係包含一微流體晶片102、一流體儲存槽104、一電子控制器106、以及一計算裝置108。一般而言，一樣本的流體可被置放在該流體儲存槽104中。在某些例子中，該流體可以具有一低到10微微升(pL)並且高到1微升(μL)的體積。該流體可以是一具有微粒的主流體(例如，一血液樣本、一包含顏料/微粒的墨水、或類似者)。如同在此進一步論述的，該流體可以透過在該微流體晶片102上的微流體技術來加以處理，並且在該電子控制器106以及計算裝置108的控制下被施加至該微流體晶片102中的一感測器。該微流體晶片102可以提供一代表所感測到的資料之電性輸出信號至該電子控制器106。
該電子控制器106可以是在該計算裝置108的控制下。例如，該計算裝置108可以往返於該電子控制器106傳送並且接收資料，其係包含用於控制該微流體晶片102的命令資訊以及從該微流體晶片102獲得的感測器資料。
該計算裝置108可包含一中央處理單元(CPU)110、各種支援電路112、記憶體114、各種的輸入/輸出(I/O)電路116、以及一外部的介面118。在某些例子中，一微流體應用程式可被安裝在該計算裝置108上。如同在此所用的，一微流體應用程式係指藉由一處理資源執行的指令，其係指示該處理資源執行一微流體感測測試。例如，該微流體應用程式可包含藉由該電子控制器106以及微流體晶片102執行的指令，以執行如同在此進 一步所述的凝結感測。
該些支援電路112可包含快取、電源供應器、時脈電路、資料暫存器、與類似者。該記憶體114可包含隨機存取記憶體、唯讀記憶體、快取記憶體、磁性讀取/寫入記憶體、及/或此種記憶體元件的任意組合。該I/O電路116可以與該外部的介面118合作，以使得透過一通訊媒體119來和該電子控制器106通訊變得容易。該通訊媒體119可以是任意類型的傳輸路徑，其包含一電性、光學、及/或射頻(RF)路徑。
該外部的介面118可包含一萬用串列匯流排(USB)控制器，其係能夠透過一USB電纜線來傳送並且接收資料至該電子控制器106，並且提供電力至該電子控制器106。再者，該電子控制器106可以接收一耦接至該微流體晶片102的匣101。例如，該微流體晶片102可以被機械式插入該匣101中，並且該匣101(具有耦接至其的微流體晶片102)可被插入該電子控制器106中。
該記憶體114可以儲存一作業系統(OS)109以及一驅動程式111。該OS 109以及驅動程式111可包含可藉由該CPU 110執行的指令，以用於控制該計算裝置108以及透過該外部的介面118來控制該電子控制器106。該驅動程式111可以提供一在該OS 109與電子控制器106之間的介面。於是，該計算裝置108可包括一可程式化的裝置，其係包含例如是在非暫態的處理器/電腦可讀取的媒體(例如，該記憶體)上之機器可讀取的指令。
該計算裝置108可以進一步包含一顯示器120，該OS 109可以透過該顯示器120來提供一使用者介面(UI)122。使用者可以使用該UI 122來和該OS 109以及驅動程式111互動，以控制該計算裝置108、電子控 制器106、及/或微流體晶片102。例如，使用者可以使用該UI 122來起始一微流體應用程式，並且選擇一測試以利用該微流體晶片102來在一生物的樣本上執行。如同在此所用的，使用者可以是指一醫療保健專業人士及/或病患。然而，例子並非受限於此的，並且使用者可以是指除了醫療保健專業人士以及患者之外的使用者。
該計算裝置108亦可以顯示從該電子控制器106接收到的資料。譬如，該計算裝置108可以顯示由該微流體晶片102所收集、顯示及/或分析的資料。在某些例子中，顯示在該計算裝置108的UI 122之上的資料可包含一項診斷，例如是血液凝固障害的診斷。額外及/或替代的是，顯示在該計算裝置108的UI 122之上的資料可包含描述利用該微流體晶片102所收集的資料的一圖形、表格、及/或其它摘要。例如，該計算裝置108的UI 122可以顯示指出一血液樣本的一凝結速率之資料。然而，例子並非受限於此的，並且該計算裝置108的UI 122可以顯示利用該微流體晶片102所收集的有關於一流體樣本的凝結之其它形式的資料。在某些例子中，該計算裝置108可以是一可攜式的計算裝置，例如是一"智慧型手機"、一平板電腦、或是其它裝置。
該流體儲存槽104可以是和該微流體晶片102流體連通的。在某些例子中，該流體儲存槽104是一外部的流體儲存槽，此表示該流體儲存槽104是在該微流體晶片102的外部。譬如，該流體儲存槽104可以是在匣101上，其中該匣可以接收該微流體晶片102。然而，例子並非受限於此的，並且該流體儲存槽104及/或該流體儲存槽104的一部分可以是位在該微流體晶片102本身上(例如，並非在該匣101上)。譬如，該流體儲存槽 104的一下方的部分可以是位在該微流體晶片102上，而該流體儲存槽104的一上方的部分可以是位在該匣101上。耦接至該匣101的微流體晶片102整體可被稱為一微流體裝置。
在某些例子中，該流體儲存槽104可以保持及供應流體的成分/樣本及/或溶液至該微流體晶片102。該微流體晶片102的各種例子係在此進一步加以描述，並且一般可以包含入口/出口室124、微流體通道126、致動器128、微流體過濾器130、感測器131、一電性介面132、以及噴嘴133。在某些例子中，該微流體晶片102的結構及構件可以利用習知的積體電路的微製造技術來加以製造，例如是薄膜沉積、電鑄、雷射剝蝕、非等向性蝕刻、濺鍍、乾式及濕式蝕刻、微影、鑄造、模製、沖壓、加工、旋轉塗覆、疊層、等等。再者，該微流體晶片102可以是由一些材料所構成的。譬如，該微流體晶片102可包含一矽塊材基板，該矽塊材基板係被微製造以形成該微流體通道126及/或感測器131。此外，該微流體晶片102可包含由一例如是SU-8的光可成像的聚合物所形成的微流體通道126。
該電子控制器106可以耦接至該微流體晶片102，並且可以致能在該計算裝置108與微流體晶片102之間的資訊及/或電源的輸送。在某些例子中，該電子控制器106可包含一控制器134、I/O電路136、以及一記憶體138。再者，該電子控制器106可以從該計算裝置108，例如是透過一USB電纜線來接收電源。然而，例子並非受限於此的，並且該電子控制器可包含一電源供應器142。
該記憶體138可以儲存利用硬體的指令140，其可以包含可藉由該控制器134執行的指令，以用於控制該微流體晶片102並且和該計算 裝置108通訊。例如，該些利用硬體的指令140可以包含可藉由該控制器134執行的指令，以用於控制在該微流體晶片102上的感測器131。於是，該電子控制器106可包括一可程式化的裝置，其係包含例如是在非暫態的處理器/電腦可讀取的媒體(例如，該記憶體)上以軟體模組的形式儲存之機器可讀取的指令。該電子控制器106的全部或是一部分可以利用一可程式化的邏輯裝置(PLD)、特殊應用積體電路(ASIC)、或類似者來加以實施。如同在此所用的，一計算模組可包含電腦可執行的指令、硬體構件(例如，各種形式的電晶體邏輯、特殊應用積體電路(ASIC)、等等)、或是其之一組合。但是一計算模組至少包含可藉由一處理資源執行的例如是具有模組的形式之指令，以執行在此更詳細敘述的特定動作、工作、以及功能。
在某些例子中，該感測器131可被設置在該通道126中的靠近該通道126的入口處(例如，比該致動器128更靠近該流體儲存槽104)。在另一例子中，該感測器131可被設置在該通道126的入口處。該感測器131可以是一利用各種的半導體形成技術所形成的阻抗感測器。如同在此進一步論述的，該感測器131可以偵測當在該流體樣本中的微粒通過在該感測器131上且/或接近該感測器131時的阻抗改變。
再者，該致動器128可被設置在接近該通道126的在該感測器131下游的一封閉端之處。該致動器128可以利用適合透過該通道126來連通一流體樣本的廣泛而多樣的結構來加以實施。例如，該致動器128可以是一熱敏電阻，其係產生汽泡以在該通道126之內產生該流體樣本的流體位移。致動器128亦可被實施為壓電元件(例如，PZT)，其之電性感應的偏轉係在該通道126之內產生流體位移。其它藉由電性、磁性以及其它力 所啟動之偏轉的薄膜元件亦可以用於實施該致動器128。
該流體樣本(例如，藉由該流體儲存槽104接收到的流體樣本)可以從在該微流體晶片102上的噴嘴133加以排出。一噴嘴可以是指一適合用於致動器128的排出噴嘴。再者，如同在此進一步論述的，該噴嘴133可被設置在該通道126中、或是沿著該通道126來加以設置。例如，噴嘴133可以是相鄰在該通道126中的感測器131之處。
儘管上述的元件及配置係被描繪在圖1中，但是本揭露內容並非限於此的。而是，更多或較少的構件可以內含在該微流體感測系統100中、在該微流體晶片102、一電子控制器106、以及一計算裝置108中，且/或以各種的配置來加以配置，即如同在此所述者。此外，儘管一特定數量的元件係被描繪(例如，單一通道126)，但是根據該微流體感測系統100之一所要的應用，可以有更多(例如，兩個或多個通道126)及/或較少的例如是該流體儲存槽104、通道126、致動器128、過濾器130、電性介面132、感測器131、噴嘴133、等等的各種元件。
圖2係描繪根據本揭露內容的一種用於凝結感測之微流體晶片202的一個例子的概要圖。如同在圖2中所繪的，該微流體晶片202可包含複數個例如是微流體通道的通道226-1、226-2(整體被稱為通道226)、致動器228-1、228-2(整體被稱為致動器228)、感測器231-1、231-2(整體被稱為感測器231)、用以從一流體儲存槽204接收一流體樣本250的入口251-1、251-2(整體被稱為入口251)、以及噴嘴233-1、233-2(整體被稱為噴嘴233)。如同在此所用的，一噴嘴係指來自該通道226的一出口及/或開口。此外，如同在圖2中所繪的，每一個噴嘴233可以是在一微流體通道226的一末端。
該入口251可以提供一用於該通道226的開口，以接收該流體樣本。在某些例子中，一過濾器230可被設置在該入口251中。該過濾器230可以避免在該流體樣本中的具有一特定尺寸(根據該過濾器230的尺寸而定)的微粒進入到該通道226中。該入口251可以具有一比該通道226更大的寬度以及容積。換言之，該入口251的容積可以是大於該通道226的容積。入口251可以使得一流體樣本能夠從該流體儲存槽204流入該通道226中。
該微流體通道226亦可包含變窄的部分。該些變窄的部分分別可以是該個別的微流體通道226的一部分，其係具有一比該入口251窄的直徑。該變窄的部分可以是相對於該入口251而在該流體儲存槽204的遠端。在某些例子中，該噴嘴233(例如，該出口)可以內含在該微流體通道226的變窄的部分之內。然而，例子並非受限於此的，並且該微流體通道226並不需要相對於該入口251而變窄。譬如，該微流體通道226可以是具有和該入口251相同的寬度。如同在此進一步所述的，該噴嘴233(例如，出口)可以具有一空氣介面，使得該噴嘴233被曝露到空氣。
再者，該微流體晶片202可包含例如是阻抗感測器的感測器231，其係位在每一個微流體通道226之內。如同在此所用的，一阻抗感測器可以判斷在阻抗上的改變，以譬如是判斷經由一微流體通道226流到該阻抗感測器(例如，感測器231)的一血液樣本(例如，流體樣本250)的一凝血級聯的一階段。該些感測器231可以是在該噴嘴233的一特定的接近程度之內。譬如，該感測器231可以是距離噴嘴233小於100微米(μm)。然而，例子並非受限於此的，並且該感測器231可以是在該噴嘴233的正下方。換言 之，該感測器231-2可以是位在與該入口251-2相隔一距離處，該距離係等於該噴嘴233-2相隔該入口251-2的距離。
如同在此所用的，一凝血級聯係指在一血液凝固的形成中牽涉到的一系列的階段。一般而言，該凝血級聯可包含：一第一階段係包含血小板的活化、粘附及聚集以形成一軟的血栓(soft plug)；一第二級係包含纖維蛋白絲(fibrin strands)的形成及擴大；以及一第三級係包含一完全的止血栓(hemostatic plug)的形成。
如同在此所用的，該凝血級聯的第一階段可被稱為主要的止血(hemostasis)。當血液細胞曝露(例如是藉由透過在該微流體晶片202中的出口228而曝露)到空氣時，血小板粘附可以開始。血小板粘附係包含各種顆粒的釋出，例如是血清素(serotonin)、血小板活化因子(PAF)、血小板第4因子、以及血栓素(thromboxane)A2、以及其它。這些顆粒的釋出可以造成在該血液樣本中的血小板形狀上的改變、以及後續的血小板的粘附。血小板的粘附接著可能會導致一"軟的血栓"的形成，此係表示該凝血級聯的第一階段的結束。
該凝血級聯的第二階段可被稱為次要的止血，並且可能會導致在主要的止血期間所形成之軟的血栓穩定化。該凝血級聯的第二階段可包含纖維蛋白絲的形成及擴大。纖維蛋白絲是指在血液的凝固中牽涉到的纖維狀、非球狀蛋白。纖維蛋白絲的形成係包含纖維蛋白原(fibrinogen)以及一凝血蛋白酶(protease thrombin)的聚合作用。所形成的纖維蛋白絲係進一步擴大或倍增，並且該聚合的纖維蛋白絲和血小板一起可以形成一完全的止血栓，亦被稱為一凝血塊(clot)。如同在此所用的，一完全的止血栓的形成 是指該凝血級聯的第三階段。
如同在此進一步所述，該感測器231可以響應於偵測到一血液樣本(例如，流體樣本250)處於該凝血級聯的哪一階段，而偵測到在阻抗上的一改變。譬如，一阻抗感測器(例如，感測器231)可以響應於在該血液樣本中之聚集的血小板的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。在另一例子中，該阻抗感測器可以響應於在該血液樣本中之一軟的血栓的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。再者，該阻抗感測器可以響應於在該血液樣本中之所形成的纖維蛋白絲的偵測及/或纖維蛋白原的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。此外，該阻抗感測器可以響應於在該血液樣本中之一完全的止血栓的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。
該微流體晶片202亦可包含一接近該通道226的在該感測器231下游的一末端而被設置的致動器228。該致動器228可以是一流體慣性的致動器，其可以利用廣泛而多樣的結構來加以實施。例如，該致動器228可以是一例如為熱敏電阻泵的泵，其係產生汽泡以在該通道226之內產生流體位移。該電阻器泵(例如，致動器228)可以加速該流體樣本250的流動(例如是血液細胞的流動)通過該微流體通道226。該經位移的流體樣本250可以從該噴嘴223加以排出。
在某些例子中，該感測器231可被設置在該通道226中。該感測器231可以是一利用各種的半導體技術所形成的阻抗感測器。該感測器231可以在該流體樣本中的微粒通過在該感測器231之上時，偵測阻抗的改變。
如同在圖2中所繪的，該微流體晶片202可包含複數個通道 226、複數個入口251、複數個感測器231、等等。就此而論，該微流體晶片202可包含複數個微流體通道以導引一例如是流體樣本250的血液樣本的流動。流體樣本250可被向下導引到該複數個通道226的每一個。儘管圖2係描繪兩個入口251、兩個感測器231、兩個通道226、等等，但是例子並非受限於此的。該微流體晶片202可包含比在圖2中所描繪者更多或較少的特點。
該複數個通道226(例如，微流體通道)的每一個都可以具有一在末端的出口。該流體樣本250可以流動離開該流體儲存槽204，並且朝向該複數個通道226的每一個的一末端。譬如，流體樣本250可以流動到入口251-1中，進入該通道226-1中而且在該感測器231-1之上，並且朝向在該通道226-1的末端之噴嘴233-1。如同在此所述的，該些噴嘴233的每一個可以是在該通道中的一出口，並且因此具有一空氣介面。在某些例子中，該些噴嘴233的每一個在直徑上的範圍可以從5到100微米(μm)。再者，噴嘴233在通道226中的設置結合該些噴嘴的空氣介面可以模擬一傷口的血液流動，並且可以容許在不使用任何試劑及/或活化劑下，偵測該凝血級聯的不同的階段。
在一例子中，一過濾器230(例如，一網格過濾器)可被設置在該流體儲存槽204中，以用於過濾在所施加的流體樣本中的微粒。儘管該些流體通道226的形狀被展示為直的，但是此並不欲作為在通道226的形狀上之一限制。因此，該些通道226的形狀可包含其它形狀，例如是彎曲的形狀、蛇狀的形狀、具有角的形狀、其之組合、等等。再者，該些通道226並未被展示任何特定的尺度或比例。被製造在一裝置上的通道226的寬 度可以與在此揭露內容的圖式中所展示的任何尺度或比例不同。在某些例子中，該些通道226的寬度範圍可以從500nm到500μm，此係產生一種用於偵測該凝血級聯的各種階段之高度靈敏的系統。
此外，在該微流體通道226內、或是非常接近該微流體通道226之微製造的電阻性元件(並未描繪在圖2中)可以提供該流體樣本之受控制的加熱，以加快及/或加速該流體樣本的流動、遷移、蒸發、及/或凝結。該些電阻性元件可以藉由一譬如在1到30伏特(V)之間的電壓的施加一段例如是1到20微秒(μs)之特定的持續期間來加以驅動。該溫度回授可以是由一熱感測電阻器所提供的。
圖3係進一步描繪根據本揭露內容的一種微流體晶片302的一個例子。尤其，圖3係描繪在該微流體晶片302中的一感測器331以及相關的結構之一特寫視圖。
微流體晶片302可包含一通道326以及一例如是阻抗感測器的感測器331。如同在此所述的，通道326可包括一微流體通道，而包含微粒354的流體可以通過該微流體通道。為了此揭露內容的目的，該術語"微粒"係包含任何微小的片、片段或是量，其包含但不限於一生物細胞、或是生物細胞的群組、例如是血小板的血液的成分、例如是纖維蛋白及/或纖維蛋白原的一凝血塊的成分、及/或一止血栓、以及其它。通道326可以導引流體以及微粒354的流動橫跨且/或通過一藉由感測器331而被形成在通道326內的電場區域(EFR)360(其係概要地被描繪)。
該感測器331可以在通道326之內形成該EFR 360。該感測器331可包含一電性接地361以及一輸入電極362，該二者係合作以形成在 通道326的一區域內延伸之電場線的一區域360。如同在此所用的，一電性接地361可包含一輸入低側的電極，並且一輸入電極362可包含一輸入高側的電極。電性接地361以及輸入電極362可以都是"本地的"，其中電性接地361以及輸入電極362係由相鄰通道326的內部、或是相當靠近通道326的內部，例如是就在通道326的一內部表面或表層之下或是後面之導電的接點所提供的。相較於位在通道326的外部或是遠方的通道326之一遠端的接地，在接地361與輸入電極362之間的電場區域360之實質大部分(若非全部的話)都是內含在通道326的內部之內。因此，在接地361與輸入電極362之間的電場線延伸的距離並未長到降低或是弱化信號強度至實質損害阻抗偵測的正確性的一個點。儘管以上的例子係描述一接地以及電極，但是實施例並非限於此的。在某些實施例中，一輸入高側的電極以及一輸入低側的電極可被用來形成電場線的一區域(例如，區域360)。
如同在圖3中所繪的，該輸入電極362可以是位在接近其中可以收集血液的儲存槽之處。譬如，輸入電極362可以是相對於該電性接地361而位在接近該噴嘴(在圖2中描繪的233-1及/或噴嘴233-2)之處。類似地，該電性接地361可以是相對於該輸入電極362而位在該噴嘴(在圖2中描繪的233-1及/或噴嘴233-2)的遠端處。換言之，該感測器(例如，阻抗感測器)可以是位在相鄰該噴嘴之處，並且可以部分由於該感測器至該噴嘴的接近程度來判斷在該血液樣本中的凝結的一階段。
在某些例子中，該電性接地361以及輸入電極362的厚度範圍可以是從100埃(A)到5000A。此外，在該電性接地361以及該輸入電極362之間的距離範圍可以是從2μm到50μm。然而，例子並非受限於此的， 並且該些電極可以具有其它厚度，並且可以比在此所述者間隔開更大或是較小的距離。
當流體通過EFR 360時，區域360的電場線可以是至少部分地被該流體所阻擋，使得區域360的電場線可能會被改變，因而行進在該流體中的微粒的周圍。EFR 360的電場線之產生自必須行進在該流體中的微粒周圍之增大的長度可能會改變(例如，增加)在輸入電極362之處可偵測到的電性阻抗。因此，產生自EFR 360因為該流體的阻擋而在阻抗上的增加可以作為在該通道中的血液(例如，該流體)的凝結的一階段之一指示器。
在某些例子中，該輸入電極362以及接地361可被設置成使得一旦血液開始凝結，凝結的一階段便可以偵測到。例如，噴嘴(例如，在圖2中描繪的噴嘴233)可以是位在相當接近該輸入電極362以及接地361之處。當血液(例如，該流體)流過該通道(例如，在圖2中描繪的通道226)時，在該些噴嘴中的空氣介面可以使得該凝血級聯開始。當該血液凝結並且流動在該輸入電極362之上時，在該接地361與輸入電極362之間的電場可以改變。例如，粘附的血小板可以偏轉該EFR 360，並且造成在一和粘附的血小板相關的臨界值範圍之內的阻抗上的一改變。類似地，纖維蛋白絲可以偏轉該EFR 360，並且造成在一和纖維蛋白絲相關的臨界值範圍之內的阻抗上的一改變。再者，一完全的止血栓可以偏轉該EFR 360，並且造成在和一完全的止血栓相關的一臨界值範圍之內的阻抗上的一改變。
圖4係描繪如同利用根據本揭露內容的一種微流體晶片偵測到的，在一凝血級聯期間的阻抗改變之一圖形表示470。如同相關於圖3所敘述的，當血液在該微流體晶片中的通道之內凝結並且流動在該電極之 上時，在該接地與電極之間的電場可能會改變。在此電場上的變化可能會造成在阻抗上的一改變，其可以在一段時間期間上加以監測。在某些例子中，凝結的階段(例如，該凝血級聯的階段)可以根據在藉由該感測器偵測到的阻抗上的一改變來加以判斷出。譬如，響應於在一例如是2分鐘的臨界時間期間，從一第一值至一不同於該第一值的第二值(例如，其係較大的)的阻抗改變，凝結的一特定階段可加以偵測到。
譬如，在471之處，一血液樣本(例如，在圖2中描繪的流體250)可以遷移朝向在該微流體晶片(例如，在圖2中描繪的微流體晶片202)之內的噴嘴(例如，在圖2中描繪的噴嘴233)。當血液遷移朝向該些噴嘴時，阻抗可以保持在一和該凝血級聯的成分不相關的位準，例如是小於0.4×104歐姆(Ω)。換言之，該感測器可以響應於偵測到一小於0.4×104Ω的阻抗位準，而偵測到不具有例如是粘附的血小板、聚集的血小板、纖維蛋白絲、及/或止血栓的凝血成分。
在472之處，該凝血級聯的第一階段(藉由在圖形表示470的頂端上的羅馬數字"I"所指出的)可被偵測到。例如，接近該些噴嘴(例如，在圖2中描繪的噴嘴233)粘附的血小板可能會導致一和血小板粘附相關的阻抗位準，例如是介於0.4×104Ω與1.0×104Ω之間。在473之處，該凝血級聯的第一階段可以藉由偵測到接近該些噴嘴之聚集的血小板而進一步被判斷出。譬如，接近該些噴嘴聚集的血小板可能會導致一和聚集的血小板相關的阻抗位準，例如是介於1.0×104Ω與1.6×104Ω之間。
在474之處，該凝血級聯的第二階段(藉由在圖形表示470的頂端上的羅馬數字"II"所指出的)可被偵測到。例如，接近該些噴嘴的纖維 蛋白絲的形成及擴大可能會導致一和所形成的纖維蛋白絲相關的阻抗位準，例如是介於1.6×104Ω與1.8×104Ω之間。
此外，在475之處，該凝血級聯的第三階段(藉由在圖形表示470的頂端上的羅馬數字"III"所指出的)可被偵測到。例如，接近該些噴嘴的一完全的止血栓的形成可能會導致和一所形成的止血栓相關的一阻抗位準，例如是1.8×104Ω以及更高者。儘管阻抗位準已經在此為了例證而被提出，但是本揭露內容的例子並非限於此的。針對於該凝血級聯的每一個階段的阻抗值可以是比在此所述的值更大或是較小的。
在本揭露內容中係參考到構成其之一部分的所附的圖式，並且在圖式中係藉由舉例來展示該揭露內容的一些例子是如何能夠加以實施。這些例子係以充分的細節來加以描述，以使得該項技術中具有通常技能者能夠實施此揭露內容的例子，並且將瞭解到的是，其它例子亦可以是能夠被利用，並且可以能夠做成製程、電性、及/或結構的改變，而不脫離本揭露內容的範疇。
該些圖在此是依循一種編號的習慣，其中第一位數是對應於圖號，並且其餘的位數是識別在該圖中的一元件或構件。在此的各種圖中所展示的元件可以能夠予以增加、交換、及/或消除，以便於提供本揭露內容的一些額外的例子。此外，在圖式中所提供的元件的比例以及相對的尺度係欲描繪本揭露內容的例子，因而不應該以限制性的意思視之。
再者，如同在此所用的，"一"或是"一些"某事物可以是指一或多個此種事物。例如，"一些小部件"可以是指一或多個小部件。再者，如同在此所用的，"複數個"某事物可以是指超過一個的此種事物。
以上的說明書、例子以及資料係提供本揭露內容的方法及應用、以及系統及方法的用途之說明。由於許多例子可以是能夠在不脫離本揭露內容的系統及方法的精神及範疇下加以完成，因而此說明書僅僅是闡述許多可能的範例配置以及實施方式中的某些個而已。
202‧‧‧微流體晶片
204‧‧‧流體儲存槽
226-1、226-2‧‧‧微流體通道
228-1、228-2‧‧‧致動器
230‧‧‧過濾器
231-1、231-2‧‧‧感測器
233-1、233-2‧‧‧噴嘴
250‧‧‧流體樣本
251-1、251-2‧‧‧入口

Claims (15)

  1. 一種微流體晶片，其係包括：一微流體通道；一在該微流體通道的一末端的出口，其係具有一空氣介面；以及一阻抗感測器，其係位在該微流體通道之內並且在該空氣介面的一特定的接近程度之內，該阻抗感測器是用以判斷一通過該微流體通道而流至該阻抗感測器的血液樣本的一凝血級聯的一階段。
  2. 如申請專利範圍第1項之微流體晶片，其進一步包括一在該微流體通道中的電阻器泵，以加速該血液樣本通過該微流體通道的一流動。
  3. 如申請專利範圍第1項之微流體晶片，其進一步包括該阻抗感測器以響應於在該血液樣本中的聚集的血小板的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。
  4. 如申請專利範圍第1項之微流體晶片，其進一步包括一在該微流體通道內的電阻性元件，以提供該血液樣本的受控制的加熱來加速該血液樣本的凝結。
  5. 如申請專利範圍第1項之微流體晶片，其進一步包括該阻抗感測器以響應於在該血液樣本中的所形成的纖維蛋白絲的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。
  6. 如申請專利範圍第1項之微流體晶片，其進一步包括該阻抗感測器以響應於在該血液樣本中的一完全的止血栓的偵測，而偵測到在阻抗上的一改變。
  7. 一種微流體晶片，其係包括： 複數個微流體通道，其係導引一血液樣本的一流動，其中該複數個微流體通道的每一個係包含一噴嘴，該噴嘴係具有一空氣介面；以及該些微流體通道的每一個係具有一個別的阻抗感測器，每一個阻抗感測器係包含一輸入高側的電極以及一輸入低側的電極，該輸入高側的電極係相對於該輸入低側的電極接近該空氣介面，每一個阻抗感測器是用以在一段時間期間，根據藉由每一個阻抗感測器偵測到的阻抗的一改變來偵測該血液樣本的凝結的一階段。
  8. 如申請專利範圍第7項之微流體晶片，其中該噴嘴係具有一小於100微米的直徑。
  9. 如申請專利範圍第7項之微流體晶片，其中該輸入高側的電極以及該輸入低側的電極係分開一小於50微米的距離。
  10. 如申請專利範圍第8項之微流體晶片，其中該輸入高側的電極以及該輸入低側的電極的每一個係具有一小於5000埃的厚度。
  11. 一種微流體裝置，其係包括：一匣，其係包含一流體儲存槽以接收一血液樣本；一微流體晶片，其係耦接至該匣，該微流體晶片係包含一微流體通道以導引該血液樣本至一在該微流體通道的一末端的噴嘴的一流動，該噴嘴係具有一空氣介面以累積該血液樣本；以及一阻抗感測器，其係位在相鄰該噴嘴之處，以偵測在該血液樣本中的凝結的一階段。
  12. 如申請專利範圍第11項之微流體裝置，其中該噴嘴係位在該微流體通道的一變窄的部分之內。
  13. 如申請專利範圍第11項之微流體裝置，其進一步包括該阻抗感測器以響應於偵測到一介於0.4×104歐姆與1.0×104歐姆之間的阻抗值，而偵測到在該血液樣本中的凝結之一主要的止血階段。
  14. 如申請專利範圍第11項之微流體裝置，其進一步包括該阻抗感測器以響應於偵測到一介於1.6×104歐姆與1.8×104歐姆之間的阻抗值，而偵測到在該血液樣本中的凝結之一次要的止血階段。
  15. 如申請專利範圍第11項之微流體裝置，其進一步包括該阻抗感測器以響應於偵測到一至少1.8×104歐姆的阻抗值，而偵測到一完全的止血栓。
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