TWI649125B - 微流體晶片盒以及其流體連結組件 - Google Patents

微流體晶片盒以及其流體連結組件 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種流體連結器，用以與微流體晶片盒進行組合，包含： 固定座，具有多個通孔；以及多條軟管，經由多個通孔穿通並固定於固定座，具有蕭氏A(Shore A)硬度介於50~99度，多條軟管的一端凸出於固定座的第一側，形成多個凸出部，且每一凸出部的長度介於0.5~10毫米(mm)之間。本發明還同時提供一種微流體晶片盒以及流體連結組件。

Description

微流體晶片盒以及其流體連結組件
本發明是關於一種流體連結器、微流體晶片盒以及其流體連結組件。
近年來生醫檢測晶片為眾所矚目的熱門研發題材，其中的流體與微流體系統可以實現將化學、生物等檢測在介觀(mesoscopic)更或微觀(microscopic)的尺寸下進行。微流體晶片又稱實驗室微縮晶片(Lap-on-chip)，是一種微型化的整合元件，以此把傳統實驗室或試管實驗中的各項診斷工作，如DNA序列鑑定或生化反應檢測等，統合在一片微小的晶片中進行。
微流體晶片是將規劃好的微流道網絡，利用微電子加工技術使其形成於晶片中。整合有微流道網絡的微流體晶片上具有多個不同孔徑的輸入/輸出孔洞，可以將外部的宏觀環境與晶片內部進行聯通，並且利用這些具有不同直徑大小的通道組成的微流道網絡，流體可以流入晶片或自晶片輸出。經由晶片具有的微流道系統，可以對流體檢體進行各種操作，例如直接導入、混合、分離等，因此微流體晶片可以達到多功能、自動化、高速篩檢的效果。搭配外部主動式系統的使用，如壓力控制裝置、推注射器(push-syringe)或蠕動幫浦(peristaltic pump)等，可以順利將液體(或氣體)自輸 入/輸出孔洞注入晶片中或是從晶片中排除。另外除了主動式系統外，也可以使用被動的方式來進行流體的輸入與輸出，例如使用靜水壓力(hydrostatic pressure)的方式進行。
一般而言，注入流體前需要將多條獨立的軟管以人工方式分別連接到微流體晶片上的輸出孔。但基於對檢測、實驗精細度的要求日趨上升，微流道網絡的複雜度隨之提高，也因此更多數量的微流道以及對應的輸出/輸入孔需要被整合進單一晶片中。面對此需求與趨勢，有需要提供一種新的連接方式來進行軟管與輸出/輸入孔洞的連結，能同時將多條更或數十條軟管快速且緊密的插入微流體晶片中，取代傳統使用人工方式進行造成的時間與人力成本的負擔，提高檢測與實驗效率。
本發明提供一種流體連結器，用以與本發明的微流體晶片盒進行組裝，包含：固定座，具有多個通孔；以及多條軟管，經由多個通孔穿通並固定於固定座，具有蕭氏A(Shore A)硬度介於50~99度，其中多條軟管的一端凸出於固定座的第一側，形成多個凸出部，且每一凸出部的長度介於0.5~10毫米(mm)之間。
於本發明的部分實施例中，每一多個通孔具有導角，引導多條軟管穿通多個通孔與固定座。
於本發明的部分實施例中，固定座還包含至少一定位柱於固定座的第一側，用以與微流體晶片盒進行至組合。
於本發明的部分實施例中，固定座還包含溝槽於固定座的第二側，第二側相對於第一側，多個通孔位於凹槽之底部，且多條軟管穿通溝槽與多個通孔。
於本發明的部分實施例中，多條軟管藉由黏著劑固定於溝槽中。
於本發明的部分實施例中，多條軟管的蕭氏A硬度介於70~99度。
於本發明的部分實施例中，流體連結器還包含：延伸部，連接於固定座，具有至少一容置槽用以容置暴露於固定座的多條軟管另一端之外露部。
於本發明的部分實施例中，每一凸出部具有的長度介於4.4~10毫米(mm)之間，且蕭氏A(Shore A)硬度介於70~99度。
本發明還提供一種微流體晶片盒，用以與本發明的流體連結器進行組裝，包含：微流體晶片；殼體，具有凹槽於殼體的第一側且微流體晶片置於凹槽之中；第一流體輸送介面，位於殼體的第二側，具有多個第一流體引道連通凹槽之底部；以及第二流體輸送介面，位於殼體的第二側，具有多個第二流體引道連通凹槽之底部，其中一部分之第一流體輸送介面與第二流體輸送介面分離，形成中空窗口於殼體的第二側，以使部分微流體晶片暴露於殼體之外。
於本發明的部分實施例中，第一流體輸送介面的每一第一流體引道具有接收端與終端，接收端與流體連結器接觸且具有導角，終端對準於微流體晶片上對應的輸入/輸出孔。
於本發明的部分實施例中，第二流體輸送介面的每一第二流體引道具有接收端與終端，接收端的孔徑大於終端的孔徑。
於本發明的部分實施例中，微流體晶片盒還包含：手持部，沿著殼體的延伸方向連接於殼體。
於本發明的部分實施例中，微流體晶片盒還包含：至少一定位孔，對應流體連結器的至少一定位柱。
本發明同時提供一種流體連結組件，包含：流體連結器與微流體晶片盒。流體連結器包含：固定座，具有多個通孔；以及多條軟管，經由多個通孔穿通並固定於固定座，具有蕭氏A(Shore A)硬度介於50~99度，多條軟管的一端凸出於固定座的第一側，形成多個凸出部，且每一凸出部具有長度介於0.5~10毫米(mm)之間。微流體晶片盒包含：微流體晶片；殼體，具有凹槽於殼體的第一側，藉由透明載片固定微流體晶片於殼體的凹槽中，其中透明載片固定於殼體的第一側；第一流體輸送介面，位於殼體的第二側，具有多個第一流體引道連通凹槽之底部；以及第二流體輸送介面，位於殼體的第二側，具有多個第二流體引道連通凹槽之底部，其中一部分之第一流體輸送介面與第二流體輸送介面分離，形成中空窗口於殼體的第二側，以使部分微流體晶片暴露於殼體、第一流體輸送介面以及第二流體輸送介面，且其中多條軟管的每一凸出部穿通第一流體輸送介面的第一流體引道，插入微流體晶片。
於本發明的部分實施例中，流體連結器還包含至少一定位柱，殼體的第二側還包含至少一定位孔，且定位柱插入定位孔，以組合流體連結器與微流體晶片盒。
於本發明的部分實施例中，第一流體輸送介面的每一第一流體引道具有接收端與終端，接收端具有導角，以引導多條軟管的每一凸出部插入微流體晶片，且終端接觸或連接於微流體晶片上對應的輸入/輸出孔。
於本發明的部分實施例中，每一凸出部具有的該長度介於4.4~10毫米(mm)之間，且蕭氏A(Shore A)硬度介於70~99度。
10‧‧‧流體連結器
11‧‧‧固定座
12‧‧‧軟管
13‧‧‧延伸部
20‧‧‧微流體晶片盒
21‧‧‧微流體晶片
22‧‧‧殼體
23‧‧‧第一流體輸送介面
24‧‧‧第二流體輸送介面
25‧‧‧手持部
26‧‧‧輸入管
30‧‧‧流體連結組件
a-b‧‧‧切線
112‧‧‧定位柱
121‧‧‧凸出部
122‧‧‧外露部
131‧‧‧容置槽
C21、C22‧‧‧輸入/輸出孔
E111、E231、E241‧‧‧接收端
E112、E232、E242‧‧‧終端
H11‧‧‧通孔
H12‧‧‧插銷孔
H112‧‧‧定位孔
H23‧‧‧第一流體引道
H24‧‧‧第二流體引道
R11‧‧‧溝槽
R22‧‧‧凹槽
S101、S102、S103、S201、S202‧‧‧側
T1‧‧‧透明載片
W22‧‧‧中空窗口
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：圖1A是依據本發明一實施例所繪製的流體連結器示意圖；圖1B是圖1A所示實施例的部分流體連結器放大示意圖；圖1C和圖1D是依據本發明另一實施例所繪製的流體連結器示意圖；圖2A是依據本發明一實施例所繪製的微流體晶片盒的仰視示意圖；圖2B是圖2A所示實施例的微流體晶片盒的俯視示意圖；圖2C是圖2B所示實施例的微流體晶片盒，沿圖2B中a-b切線的剖面示意圖；圖2D是依據本發明另一實施例所繪製的微流體晶片盒的俯視示意圖；以及圖3是依據本發明一實施例所繪製的流體連結組件的結構示意圖。
本發明提供一種流體連結器、微流體晶片盒及其流體連結組件，用以提高流體輸出/輸入管插入微流體晶片時的效率與準確率。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文以實施例配合所附圖式，同時以揭示本發明實施例相關製程步驟的方式來做詳細說明，以使本發明之結構與功效能更容易理解，但並非用以限制本發明之應用。
下文中所述的「一」或「一個」等字詞，僅是為了簡化說明之用途。本領域技術人員可以理解，元件的數量在不違反本發明精神的前提下，可以依據實際結構與需求進行調整。
圖1A所示為依據本發明一實施例所繪製的流體連結器10，用以與圖2A所示的微流體晶片盒20進行組裝或搭配使用，其中流體連結器10包含 固定座11，以及多條軟管12。固定座11具有多個通孔H11，多條軟管12分別經由多個通孔H11穿通固定座11。具體來說，多條軟管12具有蕭氏A(Shore A)硬度介於50~99度，並且穿通固定座11的相對兩側(第一側S101與第二側S102)。多條軟管12的一端凸出於固定座11的第一側S101，形成多個凸出部121，並且每一凸出部121的長度介於0.5~10毫米(mm)之間。而多條軟管12的另一端凸出於固定座11的第二側S102，形成多個外露部122，其中第二側S102相對於第一側S101。外露部122的長度可以依據需求做調整，在此不做限制；而凸出部121的長度與硬度相互關聯；為了使凸出部121能輕易且無損傷地、無傷害地插入微流體晶片中，越長的凸出部121需要使用硬度越高的軟管12。在本發明的較佳實施例中，凸出部121的長度介於4.4~10毫米(mm)之間，且軟管12具有蕭氏A(Shore A)硬度介於70~99度。
固定座11還可以包含至少一定位柱112於固定座11的第一側S101，用以與微流體晶片盒20進行組合，使固定座11能穩固地組合於微流體晶片盒20上，確保檢測的準確度，有利實驗的進行。本發明的一實施例如圖1A所示，固定座11具有兩個定位柱112，然而這並非用以限制本發明。定位柱112的需要與否，或是其數量，都可以依據需求做調整。
為了使多條軟管12能簡單的與固定座11組裝，本發明的圖1A所示實施例的局部放大圖如圖1B所示，每一通孔H11設置有導角，以引導多條軟管12分別經由多個通孔H11穿通固定座11。通孔H11由相互連通的接收端E111與終端E112組成，接收端E111位於固定座11的第二側S102，終端E112則是位於固定座11的第一側S101。接收端E111具有導角之構型，如圖1B所示，其孔徑自第二側S102往第一側S101的方向縮減，因此剖面結構為倒梯型剖面如圖1B所示。接收端E111連通圓柱構型的終端E112，以使通孔H11穿通固定座11的相對兩側。
為了使軟管12能更穩固地設置於固定座11上，可以使用黏著劑來使軟管12固定，例如本發明一實施例使用紫外光固化黏合劑，但在此不限定黏著劑種類。於本發明其他實施例，可以透過調整軟管12外徑與通孔H11孔徑大小，來使軟管12卡合於通孔H11內壁，從而固定於固定座11。
軟管12可以僅經由通孔H11來穿通固定座11，如圖1A所示；又或是如圖1C所示的本發明另一實施例，其固定座11還包含溝槽R11於固定座11的第二側S102。在此需要說明的是，為了簡化說明與理解容易，後續文中具有與前述實施例相同功能或相似構型的元件，將沿用與前相同的元件標號，但此並非用以限制本發明。溝槽R11覆蓋所有的通孔H11，因此本實施例中通孔H11位於溝槽R11的底部，並且所有軟管12經由溝槽R11與通孔H11來穿通固定座11。再者，本實施例使用黏著劑(未繪示於圖中)於溝槽R11的底部，以使軟管12固定於固定座11上。本實施例的通孔H11具有和前述說明、圖1A~1B相似的構型，在此不做重複贅述。
為了有利本發明的流體連結器與檢測機台組裝，機台例如是上準微流體股份有限公司出產的Miselect檢測機台，流體連結器10還可以包含延伸部13，如圖1D所示。為了簡化說明與理解容易，圖1D中具有與前述相同功能或相似構型的元件，沿用與圖1A~1C相同的元件標號，但此並非用以限制本發明。於本實施例中與前述實施例不同的是，溝槽R11開口於固定座的第二側S102與第三側S103，其中第三側S103連接第一側S101與第二側S102；並且延伸部13連接於固定座11的第三側S103，具有至少一容置槽131用以容置暴露於固定座11的多條軟管12的外露部122。軟管12的外露部122可以放置於流體連結器10，有助於提高流體連結器10與檢測機台之間的密合度，因此本發明的流體連結器10能良好地安裝於檢測機台上，同時達到節省空間的功效。另外，為了達到固定座11與檢測機台能良好固定的目的， 圖1D所示實施例中的固定座11為T型結構，並具有插銷孔H12於T型結構中的相對的兩側上。該插銷孔H12可以是未貫通或是貫通的結構，但在此不做任何限定，只要是流體連結器10能被穩固地固定在平台系統中進行實驗分析都在本發明的範疇之中。
本發明同時還提供一種微流體晶片盒，用以與流體連結器10進行組裝。圖2A~2B所示為依據本發明一實施例所繪製的微流體晶片盒20，其中圖2A所示為微流體晶片盒20的仰視示意圖，圖2B所示為微流體晶片盒20的俯視示意圖。微流體晶片盒20包含：微流體晶片21、殼體22、第一流體輸送介面23以及第二流體輸送介面24。殼體22具有凹槽R22於殼體22的第一側S201；微流體晶片21位於凹槽R22中；第一流體輸送介面23位於殼體22的第二側S202，具有多個第一流體引道H23連通凹槽R22的底部；並且第二流體輸送介面24位於殼體22的第二側S202，具有多個第二流體引道H24連通凹槽R22的底部。其中第一側S201與第二側S202是殼體22的相對兩側，凹槽R22的底部靠近殼體22的第二側S202，並且至少一部分的第一流體輸送介面23與第二流體輸送介面24分離，形成中空窗口W22於殼體22的第二側S202，以使部分微流體晶片21暴露於殼體22、第一流體輸送介面23以及第二流體輸送介面24。
第一流體輸送介面23和第二流體輸送介面24的形狀與構型在此不做限制。舉例來說，圖2A所示的實施例僅有部分的第一流體輸送介面23與第二流體輸送介面24分離，而第一流體輸送介面23與第二流體輸送介面24可以定義出整個中空窗口W22。但於本發明的另一實施例如圖2D所示，第一流體輸送介面23與第二流體輸送介面24完全分離，因此中空窗口W22是由第一流體輸送介面23、第二流體輸送介面24與殼體22共同定義。值得注意的是，上述說明的不同元件可以是一體成型或是分開製作後再組合而 成。例如於本發明的其他實施例中，第一流體輸送介面23、第二流體輸送介面24與殼體22三者中的至少二個可以是一體成型；又例如於本發明的一實施例中，第一流體輸送介面23、第二流體輸送介面24與殼體22(例如：該凹槽的其中兩側邊)三者是一體成型的結構。後續說明的元件同理可以為一體成型或是組裝而成，後續不再重複說明。
圖2C是圖2B所示實施例的微流體晶片盒20，沿圖2B中a-b切線的剖面示意圖。第一流體輸送介面23的每個第一流體引道H23具有接收端E231與終端E232，兩者相互連通，並且終端E232連通凹槽R22。接收端E231具有導角(構型類似上述通孔H11的接收端E111，在此不重複說明)，以引導多條軟管12的凸出部121準確地對準微流體晶片21上的相對位置，因此當流體連結器10與微流體晶片盒20組裝時，凸出部121會由接收端E231往終端E232的方向插入第一流體引道H23，組裝完成後接收端E231會與流體連結器10接觸，使第一流體引道H23與通孔H11連接；並且終端E232對準微流體晶片21上對應的輸入/輸出孔C21。類似於上述第一流體引道H23，第二流體輸送介面24的每個第二流體引道H24具有接收端E241與終端E242，接收端E241的孔徑大於終端E242的孔徑。在本實施例中，第二流體引道H24是T構型，如圖2C所示；但於本發明其他實施例中，第二流體引道H24的構型是類似第一流體引道H23與通孔H11的錐形瓶之構型，接收端E241具有導角，以方便輸入檢體的管子對準並插入微流體晶片21，並且終端E242對準微流體晶片21上對應的輸入/輸出孔C22。圖2C僅繪示出部分的輸入/輸出孔C21與部分的輸入/輸出孔C22，微流道的分部與圖案規劃並非本發明的重點，因此未繪示於圖中。值得注意的是，本發明圖式僅是為了說明之用，元件間的相對尺寸也僅是為了使圖式清晰易懂，但並非用以限制本發明；例如本發明圖式中所示的輸入/輸出孔C21與C22、第一流體引道H23、第二 流體引道H24、接收端E231與E241、終端E232與E242，上述任一元件與微流體晶片21、殼體22的相對尺寸可能與實品不完全相符，但仍符合本發明的概念與精神。另外，圖2C所示實施例的第一流體引道H23與第二流體引道H24皆與微流體晶片21分離，但於本發明其他實施例中，第一流體引道H23與第二流體引道H24兩者可以分別與微流體晶片21直接接觸，使第一流體引道H23與第二流體引道H24分別與對應的輸入/輸出孔C21與C22連通，此種實施例的好處是流體在軟管12以及/或是檢體輸入管沒有正確插入微流體晶片21的狀況下也不容易漏出。
基於方便拿取的目的，本發明部分實施例的微流體晶片盒20還可以包含手持部25，如圖2A與2B所示，其沿著殼體22的延伸方向連接於殼體22。微流體晶片盒20還可以進一步包含至少一個定位孔H112，對應流體連結器10的至少一個定位柱112。為了使微流體晶片能穩定地置於殼體22的凹槽R22中，於本發明的部分實施例中，微流體晶片21藉由透明載片T1固定於殼體22的凹槽R22中，如圖2A與2C所示，微流體晶片21固定於透明載片T1上，而未被微流體晶片21覆蓋的部分透明載片T1則固定於殼體22的第一側S201。另外，還可以選擇性包含至少一輸入管26，固定於第二流體引道H24，如圖2A~2C所示，用以將流體輸入微流體晶片21中。輸入管26可以經由黏著劑固定於第二流體引道H24，或是不使用黏著劑卡合於第二流體引道H24，需要時以人工方式進行更換或組裝即可。
本發明還同時提供一種流體連結組件，圖3是依據本發明一實施例所繪製的流體連結組件30，包含流體連結器10與微流體晶片盒20。當流體連結器10與微流體晶片盒20組裝時，軟管12的凸出部121會通過第一流體輸送介面23的第一流體引道H23，進而插入微流體晶片21的輸入/輸出孔C21。而在流體連結器10包含定位柱112且微流體晶片盒20包含至少定位孔H112 的部分實施例中，定位柱112會插入對應的定位孔H112，以組合流體連結器10與微流體晶片盒20。再者，在本發明的較佳實施例中，微流體晶片21選用軟式微流體晶片，例如使用二甲基矽氧烷(PDMS)、矽橡膠複合物或是液體矽橡膠等材料製作而成的微流體晶片。軟式的微流體晶片21可以使軟管12更容易插入微流體晶片21，且不會造成損傷；同時軟式的微流體晶片21具有的拉伸力會提供壓力於插入的凸出部121，使其軟管12能更穩定地連接於微流體晶片21，確保檢測與實驗的進行。需注意的是，圖3所示實施例使用圖1D所示的流體連結器10與圖2A~2B所示的微流體晶片20做組合，但並非用以限制本發明，在不違反本發明精神的前提下，流體連結組件30可以是上述不同的流體連結器10與微流體晶片20之任意組合。
綜上所述，本發明提供一種流體連結器、微流體晶片盒，以及其流體連結組件，能大幅減少實驗與檢測時所需進行的插管作業時間，有效提高微流體晶片插管的效率與準確度。並且如上說明，本發明提供的流體連結器、微流體晶片盒以及其流體連結組件，可以各別獨立地使用於實驗或是檢測中，還可以整合於相關檢測機台來使用，具有高度的便利性與應用性。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。任何該領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。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。

Claims (9)

  1. 一種微流體晶片盒，用以與一流體連結器進行組裝，包含：一殼體，具有一凹槽於該殼體的一第一側；一微流體晶片，位於該凹槽中；一第一流體輸送介面，位於該殼體的一第二側，具有多個第一流體引道連通該凹槽之一底部；以及一第二流體輸送介面，位於該殼體的該第二側，具有多個第二流體引道連通該凹槽之該底部，其中一部分之該第一流體輸送介面與該第二流體輸送介面分離，形成一中空窗口於該殼體的該第二側，以使部分該微流體晶片暴露於該殼體、該第一流體輸送介面以及該第二流體輸送介面。
  2. 如請求項1所述的微流體晶片盒，其中該第一流體輸送介面的每一該第一流體引道具有一接收端與一終端，該接收端與該流體連結器接觸且具有一導角，該終端對準於該微流體晶片上對應的一輸入/輸出孔。
  3. 如請求項1所述的微流體晶片盒，其中該第二流體輸送介面的每一該第二流體引道具有一接收端與一終端，該接收端的一孔徑大於該終端的一孔徑。
  4. 如請求項1所述的微流體晶片盒，還包含：一手持部，沿著該殼體的一延伸方向連接於該殼體。
  5. 如請求項1所述的微流體晶片盒，還包含：至少一定位孔，對應該流體連結器的至少一定位柱。
  6. 一種流體連結組件，包含：一流體連結器，包含： 一固定座，具有多個通孔；以及多條軟管，經由該多個通孔穿通並固定於該固定座，具有一蕭氏A(Shore A)硬度介於50~99度，該多條軟管的一端凸出於該固定座的一第一側，形成多個凸出部，且每一該凸出部具有一長度介於0.5~10毫米(mm)之間；以及一微流體晶片盒，包含：一殼體，具有一凹槽於該殼體的一第一側；一微流體晶片，藉由一透明載片固定於該殼體的該凹槽中，其中該透明載片固定於該殼體的該第一側；一第一流體輸送介面，位於該殼體的一第二側，具有多個第一流體引道連通該凹槽之一底部；以及一第二流體輸送介面，位於該殼體的該第二側，具有多個第二流體引道連通該凹槽之該底部，其中一部分之該第一流體輸送介面與該第二流體輸送介面分離，形成一中空窗口於該殼體的該第二側，以使部分該微流體晶片暴露於該殼體、該第一流體輸送介面以及該第二流體輸送介面，且其中該多條軟管的每一該凸出部穿通該第一流體輸送介面的該第一流體引道，插入該微流體晶片。
  7. 如請求項6所述的流體連結組件，其中該流體連結器還包含至少一定位柱，該殼體還包含至少一定位孔，且該定位柱插入該定位孔，以組合該流體連結器與該微流體晶片盒。
  8. 如請求項6所述的流體連結組件，其中該第一流體輸送介面的每一該第一流體引道具有一接收端與一終端，該接收端具有一導角，以引 導該多條軟管的每一該凸出部插入該微流體晶片，且該終端接觸或連接於該微流體晶片上對應的一輸入/輸出孔。
  9. 如請求項6所述的流體連結組件，其中每一該凸出部具有的該長度介於4.4~10毫米(mm)之間，且該蕭氏A(Shore A)硬度介於70~99度。
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