TWI655153B - 微流體裝置、生化檢測系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種生化檢測系統，包括一探針卡及一微流體裝置。探針卡具有複數個探針及一開口，探針用於接觸一基板上至少一晶片之複數個電極墊，以感測該至少一晶片之至少一生化感測器之電性訊號。微流體裝置卡合於開口內且具有一腔室，腔室用於接收一待測溶液，並使得待測溶液與生化感測器接觸。

Description

微流體裝置、生化檢測系統及方法

本發明實施例係關於一種微流體裝置、生化檢測系統及方法。

生化感測器(又稱作生物感測器)是一種可根據電學、電化學、光學及/或機械檢測原理等基礎進行操作，用來感應及檢測生化物質的裝置。

生物場效電晶體(biological field-effect transistors,BioFET)是一種含有電晶體的生化感測器，可經由電性方式感應及檢測生化分子或生物實體。此檢測行為可經由直接檢測感應，或經由特定反應物與生化分子/生物實體進行反應或交互作用來達成。具體來說，當目標生化分子或生物實體與生物場效電晶體之閘極或固定於閘極上之接受器分子結合時，生物場效電晶體之汲極電流會因閘極電壓產生改變，並依所生成之目標鍵結的種類與數量而有所不同。此汲極電流的改變可以被量測並用於判定接受器與目標生化分子或生物實體生成鍵結的種類及/或數量。

此外，各式各樣的接受器都可能用來官能化生物場效電晶體的閘極，舉例來說，為了檢測單股螺旋去氧核糖核酸(single-stranded deoxyribonucleic acid，ssDNA)，生物場效 電晶體的閘極可用固定化之互補式單股螺旋去氧核糖核酸官能化。而為了檢測不同的蛋白質，例如腫瘤標記，生物場效電晶體的閘極可用單株抗體進行官能化。

生物場效電晶體可以利用半導體製程製造，並可快速地轉換電子訊號，故已被廣泛應用於積體電路。通常，一半導體晶圓上包括有數十至數百個積體電路晶片。在電性量測中，為了避免溶液可能引起短路而造成附近的積體電路晶片受損，一般會沿著晶圓切割線將積體電路晶片先分開，接著以人工方式將待測溶液小心地滴在各晶片之生物場效電晶體之位置，然後利用探針量測取得生物場效電晶體之電性訊號(例如汲極電流)，以判定待測溶液中之目標生化物質的種類及/或數量。

然而，此種檢測方法非常難以控制測試條件(例如檢測時間、反應溫度及液體蒸發量等)之一致性，造成檢測結果的精確度與品質會受到質疑，且效率極差(亦即檢測時間太長)。因此，需要提供一種生化檢測系統及方法的改進方案。

本發明一些實施例提供一種微流體裝置，包括：一本體；一軟性墊體，設於本體之底面；一腔室，形成於本體及軟性墊體內，且腔室於微流體裝置之底面形成有一開口；以及一洩水閥，活動地設於腔室內，用於阻擋或允許被注入腔室之一溶液流至開口。

本發明一些實施例提供一種生化檢測系統，包括：一探針卡，具有複數個探針及一開口，探針用於接觸一基 板上至少一晶片之複數個電極墊，以感測該至少一晶片之至少一生化感測器之電性訊號；以及一微流體裝置，卡合於開口內且具有一腔室，腔室用於接收一待測溶液，並使得待測溶液與生化感測器接觸。

本發明一些實施例提供一種生化檢測方法，包括：設置一基板於一承載台上，基板上具有至少一晶片，晶片具有至少一生化感測器及複數個電極墊；提供一探針卡及一微流體裝置，其中探針卡具有複數個探針及一開口，微流體裝置卡合於開口內且具有一腔室；移動微流體裝置及探針卡，使得微流體裝置之腔室與探針卡之探針的位置分別對應於晶片之生化感測器與電極墊的位置；移動承載台，使得微流體裝置與基板結合；將一待測溶液注入微流體裝置之腔室，使得待測溶液與晶片之生化感測器接觸一定時間；以及藉由探針卡之探針對晶片之生化感測器進行電性量測，以及根據電性量測結果判定待測溶液中之目標生化物質的種類及/或數量。

2‧‧‧生化檢測系統

10‧‧‧晶圓

11‧‧‧晶片

21‧‧‧承載台

22‧‧‧控制裝置

23‧‧‧探針卡

23A‧‧‧探針

23B‧‧‧開口

24‧‧‧夾持機構

25‧‧‧顯微鏡

26‧‧‧微流體裝置

27A‧‧‧溶液注入單元

27B‧‧‧流體抽出單元

28‧‧‧定位機構

40‧‧‧本體

41‧‧‧軟性墊體

41A‧‧‧第一層結構

41B‧‧‧第二層結構

42‧‧‧儲水空間

42A‧‧‧開口

43‧‧‧第一微流道

44‧‧‧第二微流道

45‧‧‧液體通道

46‧‧‧氣流通道

51‧‧‧洩水閥

51A‧‧‧桿部

51B‧‧‧毛細結構

52‧‧‧漏液檢測元件

101‧‧‧生化感測器

102‧‧‧電極墊

700‧‧‧生化檢測方法

701~706‧‧‧步驟

C‧‧‧腔室

C1‧‧‧收縮口

C2‧‧‧止擋結構

E‧‧‧溶液出口

I‧‧‧溶液入口

O1‧‧‧開口

O2‧‧‧開口

S1‧‧‧主動面

S2‧‧‧底面

S3‧‧‧頂面

T‧‧‧待測溶液

第1圖顯示根據一些實施例之晶圓之平面示意圖及晶圓上一晶片之放大圖。

第2圖顯示根據一些實施例之一生化檢測系統之方塊圖。

第3圖顯示第2圖中之探針卡與微流體裝置之位置關係之平面示意圖。

第4A圖顯示根據一些實施例之微流體裝置之頂視示意圖。

第4B圖顯示沿第4A圖中A-A線段之剖面示意圖。

第5圖顯示根據一些實施例之微流體裝置之防漏設計及自動洩水閥之示意圖。

第6A圖顯示微流體裝置與晶圓緊密結合之示意圖。

第6B圖顯示微流體裝置與晶圓相互分離之示意圖。

第7圖顯示根據一些實施例之一生化檢測方法之流程圖。

以下揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若實施例中敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的情況，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使得上述第一特徵與第二特徵未直接接觸的情況。

在下文中使用的空間相關用詞，例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞也意指可能包含在不同的方位下使用或者操作圖式中的裝置。

以下不同實施例中可能重複使用相同的元件標號及/或文字，這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

在下文中使用的第一以及第二等詞彙，僅作為清楚解釋之目的，並非用以對應以及限制專利範圍。此外，第一 特徵以及第二特徵等詞彙，並非限定為相同或是不同的特徵。

在圖式中，結構的形狀或厚度可能擴大，以簡化或便於標示。必須了解的是，未特別描述或圖示之元件可以本領域技術人士所熟知之各種形式存在。

應先說明的是，為了克服前述習知技術問題點，本發明實施例提供一種改善的自動式生化檢測系統，可直接利用晶圓(或基板)上複數個晶片之生化感測器感應及檢測待測溶液中之目標生化物質，而不需要切割晶圓及分開操作各晶片(包括將待測溶液分別滴在各晶片，及將探針分別架設在各晶片上進行電性量測等操作)，因此可大幅縮短檢測時間及提高檢測效率。

請先參閱第1圖，其顯示根據本發明一些實施例之晶圓10之平面示意圖及晶圓10上一晶片11之放大圖。晶圓10為一半導體晶圓(例如矽晶圓)，其上具有透過半導體製程製造生產之複數個積體電路晶片11(以下簡稱晶片11)。各晶片11具有一主動面S1、一生化感測器101及複數個電極墊102，生化感測器101與電極墊102可顯露於主動面S1上。在一些實施例中，各晶片11亦可具有複數個生化感測器101。生化感測器101可為一生物場效電晶體(BioFET)，且前述電極墊102分別電性連接於生物場效電晶體之閘極、汲極與源極。此外，各晶片11之生物場效電晶體可能為相同或不同。值得一提的是，前述晶圓10僅為了方便說明實施例，但是晶圓10亦可能改為具有或設有多個晶片11之一基板(例如玻璃基板、塑膠基板等)。

如前所述，生物場效電晶體可經由電性方式感應 及檢測一待測溶液中之目標生化物質，例如去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)、蛋白質或其他有機及無機小分子。具體來說，當這些目標生化分子或生物實體與生物場效電晶體之閘極或固定於閘極上之接受器分子結合時，生物場效電晶體之汲極電流會因閘極電壓產生改變，並依所生成之目標鍵結的種類與數量而有所不同。此汲極電流的改變可以被量測並用於判定接受器與目標生化分子或生物實體生成鍵結的種類及/或數量，亦即可達到感應及檢測待測溶液中之目標生化物質之目的。由於各種生物場效電晶體之結構及檢測機制已屬於習知，且非本申請發明之技術重點，故在此不多做贅述。在本文中提及的生化感測器101包括已知的各種生物場效電晶體，例如離子感測場效電晶體(Ion-sensitive FET，ISFET)、酵素場效電晶體(Enzyme FET，ENFET)或免疫場效電晶體(ImmunoFET)。

第2圖顯示根據一些實施例之一生化檢測系統2之方塊圖，其中生化檢測系統2為一自動式生化檢測系統，且可利用前述晶圓10上複數個晶片11之生化感測器101(第1圖)感應及檢測一待測溶液中之目標生化物質。由第2圖中可以看出，生化檢測系統2包括一承載台21，用於承載晶圓10。在一些實施例中，承載台21可利用真空吸附的方式將晶圓10保持於其上，但是一些可選用之其他夾持晶圓10的方式(例如靜電吸盤)亦可以被利用。承載台21亦可承載晶圓10沿著水平方向(如圖中之X軸及Y軸方向)及垂直方向(如圖中之Z軸方向)進行移動。此外，承載台21電性連接於一控制裝置22(例如為一電腦)， 且控制裝置22可控制承載台21之上述移動。

生化檢測系統2亦包括一探針卡23(請一併參閱第3圖)，其下方具有複數個探針23A，用於接觸晶圓10上各晶片11之電極墊102(第1圖)，以量測取得生化感測器101之電性訊號。探針卡23可為一微機電式(Micro-Electrical-Mechanical Systems，MEMS)探針卡或者其他可選用類型之探針卡。探針卡23亦電性連接於控制裝置22，且控制裝置22可控制探針卡23對生化感測器101之電性訊號進行量測，並將量測得到之生化感測器101之電性訊號進行運算、分析、儲存及顯示等處理。

生化檢測系統2亦包括一夾持機構24，用於夾持探針卡23，並可沿著水平方向(如圖中之X軸及Y軸方向)進行移動。具體來說，夾持機構24可連接於一定位機構(圖未示)，且該定位機構電性連接於控制裝置22，其中控制裝置22可控制該定位機構，使得夾持機構24及其上之探針卡23沿著水平方向移動，從而達到探針卡23之探針23A與下方之晶圓10上一晶片11之電極墊102(第1圖)間的位置對準。雖然未圖示，探針卡23之探針23A的排列方式是對應於晶圓10上各晶片11之電極墊102的排列方式。

生化檢測系統2亦包括一顯微鏡25，用於觀察探針卡23之探針23A的位置是否與下方之晶圓10上一晶片11之電極墊102(第1圖)的位置對準。在一些實施例中，顯微鏡25可電性連接於控制裝置22。

當控制裝置22控制前述定位機構使得夾持機構24及其上之探針卡23沿著水平方向移動，並藉由顯微鏡25觀察到 探針卡23之探針23A的位置與晶圓10上一晶片11之電極墊102的位置對準時，可進一步控制承載台21沿著Z軸方向向上移動，直到該晶片11之電極墊102接觸至探針卡23之探針23A為止。接著，控制裝置22便可控制探針卡23對該晶片11之生化感測器101之電性訊號進行量測，並將量測得到之電性訊號進行運算、分析等後續處理。

再者，當控制裝置22接收來自探針卡23量測之前述電性訊號時，可判斷前述晶片11之電性量測已經結束。之後，控制裝置22可進一步控制承載台21沿著Z軸方向向下移動(使得晶片11之電極墊102與探針卡23之探針23A分離)，並水平移動至下一片晶片11抵達探針卡23之探針23A之下方的位置，接著再向上移動，使得該下一片晶片11之電極墊102接觸至探針卡23之探針23A，以進行該下一片晶片11之電性量測。應瞭解的是，由於控制裝置22可預先設定及紀錄晶圓10上各晶片11之位置，因此能夠控制承載台21將晶圓10上各晶片11依序移動至對應探針卡23之探針23A之位置。藉由重複上述電性量測作業，便可以完成晶圓10上所有晶片11之電性量測。

請繼續參閱第2圖，探針卡23亦具有一貫穿上下表面之開口23B。此外，如第2及3圖所示，生化檢測系統2亦包括一微流體裝置26，可卡合於開口23B內。其中，微流體裝置26具有一腔室C(如第3圖中虛線表示之部分)，用於接收一待測溶液T，並使得待測溶液T(在腔室C內)與下方之晶圓10上一晶片11之生化感測器101(第1圖)接觸及反應。如此一來，探針卡23便可透過前述方式量測生化感測器101之電性訊號，以判定待 測溶液T中之目標生化物質的種類及/或數量。

另外，生化檢測系統2亦包括一溶液注入單元27A，連接於微流體裝置26，且用於將至少一待測溶液注入微流體裝置26及腔室C(第3圖)。具體來說，雖然未圖示，溶液注入單元27A可包括例如一電動幫浦及一電磁閥，其中多種待測溶液可經由電動幫浦被注入微流體裝置26，而電磁閥用於選擇性地控制一次只有一待測溶液可被注入微流體裝置26。溶液注入單元27A亦電性連接於控制裝置22，且控制裝置22可控制溶液注入單元27A注入待測溶液之程序及速度。

又，生化檢測系統2亦包括一流體抽出單元27B，連接於微流體裝置26，且用於將腔室C(第3圖)內之待測溶液抽出且離開微流體裝置26。具體來說，雖然未圖示，流體抽出單元27B可包括例如一電動幫浦及一電磁閥，其中電動幫浦用於將腔室C內之待測溶液抽出(透過抽氣方式)，而電磁閥用於控制電動幫浦與腔室C之間的連通。換言之，當電磁閥開啟時，電動幫浦可將腔室C內之待測溶液抽出，而當電磁閥關閉時，電動幫浦則不會將腔室C內之待測溶液抽出。此外，流體抽出單元27B亦電性連接於控制裝置22，且控制裝置22可控制流體抽出單元27B抽出待測溶液之程序及速度。

請繼續參閱第2圖，生化檢測系統2亦包括一定位機構28，其中微流體裝置26可透過例如鎖合或卡合等方式固定於定位機構28。在一些實施例中，定位機構28為一習知的六軸定位儀(6-axes positioner)。此外，定位機構28可電性連接於控制裝置22，且控制裝置22可控制定位機構28移動微流體裝置 26，並使得微流體裝置26被定位及卡合於探針卡23之開口23B內。當微流體裝置26被卡合於探針卡23之開口23B內(更明確而言，微流體裝置26是在水平方向上與開口23B形成卡合)時，其可隨著探針卡23沿著水平方向移動。此時，定位機構28亦與微流體裝置26發生連動。

進一步地，當控制裝置22控制承載台21向上移動使得晶圓10與微流體裝置26結合(為使微流體裝置26之腔室C內的待測溶液與晶片11之生化感測器101(第1圖)接觸及反應)時，定位機構28亦可被控制裝置22控制而將微流體裝置26向下壓，此有助於微流體裝置26與晶圓10之緊密結合(關於微流體裝置26與晶圓10之結合方式於後面段落將再做進一步說明)。

如上所述，由於微流體裝置26在水平方向上與開口23B相互卡合，故當探針卡23沿著水平方向移動時，微流體裝置26亦可隨著探針卡23沿著水平方向移動。此外，當探針卡23移動至其探針23A的位置對準於下方之晶圓10之一晶片11之電極墊102的位置時，微流體裝置26之腔室C的位置亦可以對準於該晶片11之生化感測器101之位置。進一步地，當控制裝置22控制承載台21將晶圓10移動至探針卡23之探針23A的位置對準於下一片晶片11之電極墊102的位置時，微流體裝置26之腔室C的位置亦可以對準於該下一片晶片11之生化感測器101的位置。

如此一來，可達到探針卡23及微流體裝置26之同時定位(對應於晶圓10之各晶片11)，再配合上控制裝置22可自動地控制承載台21及其上之晶圓10相對於探針卡23移動以對 晶圓10上各晶片11進行電性量測之機制，即能夠利用晶圓10上各晶片11之生化感測器101來感應及檢測待測溶液中之生化物質。由於上述生化檢測系統2之各部件(或機構)的運作可以被自動化(藉由控制裝置22自動控制)，因此能夠大幅改善生化檢測之效率。此外，上述實施例之生化檢測系統將傳統人工操作均以自動化機械動作取代，如此亦可減少人工操作可能產生的誤差，並改善測試條件(例如檢測時間、反應溫度及液體蒸發量等)之一致性。

接著進一步介紹本發明實施例之微流體裝置26之設計。請先參閱第4A及4B圖，在一些實施例中，微流體裝置26包括一本體40及設於本體40之底面之一軟性墊體41。本體40主要用於定義來自溶液注入單元27A(第2圖)之待測溶液在晶圓10(第1及2圖)上之反應空間，而軟性墊體41用於避免本體40接觸或撞擊晶圓10之表面及防止待測溶液從本體40(微流體裝置26)及晶圓10之間洩漏。在一些實施例中，本體40由例如壓克力或其他可選用之硬質材質製成，而軟性墊體41由例如聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)或其他可選用之軟性材質製成。

如第4A及4B圖所示，在一些實施例中，本體40具有從一側壁朝外突出的一圓柱狀結構，且在圓柱狀結構內形成有一儲水空間42。一溶液入口I形成於圓柱狀結構之一側壁，並連通儲水空間42。雖然未圖示，溶液入口I可藉由一導管連接溶液注入單元27A(第2圖)。此外，微流體裝置26於其中央處具有大致由微流體裝置26之頂部延伸至底部(高深寬比結構)之 一腔室C(形成於本體40及軟性墊體41內)，且腔室C於微流體裝置26之底面形成有一開口O1。如上所述，當微流體裝置26與晶圓10(未示於第4A及4B圖中)結合時，腔室C的位置可對應於晶圓10上一晶片11之生化感測器101(第1圖)的位置。此外，一第一微流道43形成於本體40內，並連通腔室C與儲水空間42，及一第二微流道44形成於本體40內，並連通腔室C與形成於本體40之一側壁上之溶液出口E。雖然未圖示，溶液出口E可藉由一導管連接流體抽出單元27B(第2圖)。

藉由上述結構，當微流體裝置26與晶圓10緊密結合時，一待測溶液T可被溶液注入單元27A(第2圖)注入本體40，並在填滿儲水空間42後，經由第一微流道43再流至腔室C。注入腔室C的待測溶液T經由開口O1可與晶圓10上之生化感測器101(圖未示)接觸。應瞭解的是，當溶液注入單元27A注入待測溶液T時，流體抽出單元27B(第2圖)中之電磁閥為關閉的狀態，因此流入腔室C的待測溶液T並不會經由第二微流道44流向溶液出口E，而僅會在腔室C內逐漸積蓄。

在一些實施例中，控制裝置22根據設定可控制溶液注入單元27A在開始注入待測溶液T一定時間後停止注入，並使得腔室C內之待測溶液T積蓄到一定的量或高度(如第4B圖所示)，此有助於待測溶液T在其與晶圓10上之生化感測器101(圖未示)接觸及反應的一定時間內能夠保持與生化感測器101之穩定接觸，而不會因蒸發現象造成與生化感測器101接觸及反應的待測溶液T量有不穩定或過少的情況。

此外，儲水空間42的設計亦是為了在腔室C內之待 測溶液T蒸發過多的情況下，可透過毛細作用來對腔室C內之待測溶液T進行填補，以使得腔室C內之待測溶液T量保持穩定。

當腔室C內之待測溶液T與前述晶圓10上之生化感測器101反應一定時間後，控制裝置22根據設定可控制流體抽出單元27B將腔室C內及微流體裝置26內的待測溶液T抽出。值得一提的是，在一些實施例中，儲水空間42之頂部可形成有一小的開口42A，藉此在大氣壓力的作用下可使得微流體裝置26內之待測溶液T均被流體抽出單元27B順利地抽出，並避免發生溶液殘留。此外，第二微流道44設置在接近本體40之底面(如第4B圖所示)，此亦為了使得微流體裝置26內之待測溶液T可被順利地抽出。

應瞭解的是，上述介紹第4A及4B圖中之微流體裝置26僅為範例，而非用以限定本發明之微流體裝置之結構。上述實施例之微流體裝置26之結構重點在於提供一高深寬比結構的腔室以利於待測溶液可穩定地在腔室內與晶圓上之生化感測器接觸及反應，及提供流體注入及導出腔室等結構導引，至於一些結構及形狀設計均可做修飾及改變。

此外，在一些實施例中，在腔室C之頂部亦可形成有一開口O2(第4A及4B圖)，用於允許至少一測試條件感測器(例如為溫度感測器、酸鹼值感測器及/或水位感測器，圖未示)進入腔室C，並接觸待測溶液T，以感測待測溶液T的測試條件，例如溫度、酸鹼值及水位高度等。前述測試條件感測器亦電性連接於控制裝置22(第2圖)，且控制裝置22可根據測試條件感測器感測的結果來控制系統內一些部件運作，並使得待測溶 液T的測試條件維持一致。

舉例來說，如第4A圖所示，本體40內亦可具有一液體通道45，設置於腔室C之周圍且允許一液體(例如水)在其中流動。當控制裝置22根據前述測試條件感測器感測的結果發現腔室C內之待測溶液T的溫度低於或高於標準的測試溫度時，其可控制一供水裝置(圖未示)注入一適當溫度的水至液體通道45內，以改變且使得待測溶液T的溫度達到標準的測試溫度。應瞭解的是，在一些實施例中，前述至少一測試條件感測器亦可直接內埋於腔室C之壁面，且開口O2可以被省略。

接著請一併參閱第4A、5及6A圖，在一些實施例中，微流體裝置26亦具有複數個氣流通道46，連通微流體裝置26之底面S2(亦即軟性墊體41之底面)及頂面S3(本體40之頂面)。應瞭解的是，第5圖中所示微流體裝置26之部分結構是沿第4A圖中之B-B線段方向觀看而來。此外，一電動幫浦(圖未示)可經由氣流通道46顯露於頂面S3之開孔與氣流通道46連接。藉此，當承載台21向上移動，使得晶圓10之表面(亦即主動面S1)連接微流體裝置26之底面S2時(第6A圖)，該電動幫浦可經由氣流通道46對微流體裝置26之底部與晶圓10之間的空間進行抽氣或抽真空(如第6A圖中之箭頭所示)，以使得微流體裝置26與晶圓10緊密結合。

值得一提的是，當前述電動幫浦抽氣時，藉由判讀其上之壓力表亦可得知微流體裝置26與晶圓10是否達到緊密結合。舉例來說，當壓力表之數值低於一定數值時，可表示微流體裝置26與晶圓10為緊密結合，而當壓力表之數值始終無 法降低時，可表示微流體裝置26與晶圓10之間存在有空隙。此外，該電動幫浦亦電性連接於控制裝置22(第2圖)，且控制裝置22可根據壓力值之數值判斷微流體裝置26與晶圓10是否緊密結合，進而確定是否要控制前述溶液注入單元27A(第2圖)將待測溶液注入微流體裝置26。換言之，此作法在將待測溶液注入微流體裝置26之前，可先確認微流體裝置26與晶圓10是否緊密結合。

如第5及6A圖所示，在一些實施例中，一洩水閥51可活動地設置於腔室C內之較上方位置。由圖中可以看出，洩水閥51具有一朝著微流體裝置26之底面S2延伸且突出於本體40之底面之桿部51A。須說明的是，當微流體裝置26未與晶圓10結合時，洩水閥51可卡合於腔室C內位在較上方位置之一收縮口C1，並阻擋待測溶液流至腔室C之底部(亦即開口O1)。而當微流體裝置26與晶圓10緊密結合時，軟性墊體41於垂直方向上可被擠壓變形，且晶圓10會將洩水閥51及其桿部51A上頂(如第6A圖中之箭頭所示)，使得洩水閥51離開收縮口C1。如此一來，洩水閥51可允許被注入腔室C之待測溶液通過且流至腔室C之底部(亦即流至晶圓10上)。由第5及6A圖可以看出，腔室C內之較上方位置可具有突出的一止擋結構C2，用於限制洩水閥51向上移動之範圍。此外，洩水閥51之頂部可形成一毛細結構51B，用於導引待測溶液順利、緩和地流至腔室C之底部。

特別的是，洩水閥51之桿部51A可設有一觸控感測器，並電性連接於前述控制裝置22(第2圖)。藉此，當晶圓10將桿部51A上頂(亦即微流體裝置26與晶圓10緊密結合)時，控 制裝置22可接收來自該觸控感測器之訊號，並確認微流體裝置26與晶圓10為緊密結合，接著便可控制前述溶液注入單元27A(第2圖)開始將待測溶液注入微流體裝置26。如此一來，能夠實現生化檢測系統2自動供給待測溶液的功能。

在一些實施例中，設於本體40之底面之軟性墊體41在由腔室C至微流體裝置26之外側壁之方向(亦即水平方向)上具有複數層結構。舉例而言，如第5圖所示，軟性墊體41可具有包圍腔室C之第一層結構41A及設於本體40之底面之周邊之第二層結構41B。軟性墊體41具有多層結構設計可以有效地防止待測溶液從本體40(微流體裝置26)及晶圓10之間洩漏。

如第5及6A圖所示，在一些實施例中，微流體裝置26之外側壁之底部亦設有一漏液檢測元件52，用於檢測待測溶液是否從微流體裝置26與晶圓10之間洩漏。具體而言，漏液檢測元件52包括一金屬材質(例如銅)之薄片或線路，環繞地固定於本體40之外側壁之底邊，且電性連接於一偵測器(圖未示)。當待測溶液從微流體裝置26與晶圓10之間洩漏並接觸漏液檢測元件52時，該偵測器可偵測到其電阻變化，從而檢測出發生漏液之情況。此外，漏液檢測元件52亦可電性連接於控制裝置22(第2圖)，且控制裝置22可根據該偵測器所偵測之電阻值來判斷是否有待測溶液從微流體裝置26與晶圓10之間洩漏，進而決定是否要停止整個系統之運作。

接著請參閱第6B圖，當晶圓10上一晶片11之檢測工作完成後，承載台21(第2圖)會開始向下移動，以分離晶圓10與探針卡23之探針23A(第2圖)。此時，控制裝置22(第2圖)除了 會控制定位機構28(第2圖)將微流體裝置26向上抬升至原來位置外，亦可控制連接氣流通道46之電動幫浦對微流體裝置26之底部與晶圓10之間的空間進行充氣(如第6B圖中之箭頭所示)，以使得微流體裝置26與晶圓10能夠順利地分離。

要瞭解的是，上述實施例之微流體裝置26可與晶圓10良好的結合及分離，同時具有防止待測溶液從微流體裝置26與晶圓10之間洩漏的多種主動式或被動式偵測設計，故能夠避免檢測過程中待測溶液可能洩漏而引起附近的晶片發生短路或受損的情況。此外，藉由在微流體裝置26之腔室C內設置至少一測試條件感測器，亦可以監控待測溶液之測試條件，進而可透過控制裝置22控制系統內一些部件運作，以使得待測溶液的測試條件維持一致，如此能夠改善檢測結果的精確度與品質。

第7圖顯示根據一些實施例之一生化檢測方法700之流程圖。在步驟701中，設置一基板於一承載台上，基板上具有至少一晶片，晶片具有至少一生化感測器及複數個電極墊。在步驟702中，提供一探針卡及一微流體裝置，其中探針卡具有複數個探針及一開口，微流體裝置卡合於開口內且具有一腔室。在步驟703中，移動微流體裝置及探針卡，使得微流體裝置之腔室與探針卡之探針的位置分別對應於晶片之生化感測器與電極墊的位置。在步驟704中，移動承載台，使得微流體裝置與基板結合。在步驟705中，將一待測溶液注入微流體裝置之腔室，使得待測溶液與晶片之生化感測器接觸一定時間。在步驟706中，藉由探針卡之探針對晶片之生化感測器進 行電性量測，以及根據電性量測結果判定待測溶液中之目標生化物質的種類及/或數量。

要瞭解的是，上述介紹之生化檢測方法之步驟僅為範例，在一些實施例中之生化檢測方法亦可以包括其他步驟及步驟順序。

舉例而言，在一些實施例中，上述生化檢測方法亦可包括移動承載台，使得基板相對於微流體裝置與探針卡移動，進而利用基板上之另一晶片進行生化檢測之步驟。在一些實施例中，在移動承載台，使得微流體裝置與基板結合之步驟中，亦可包括藉由一幫浦對微流體裝置之底部與基板之間的空間抽氣，以使得微流體裝置與基板緊密結合之步驟。在一些實施例中，在移動承載台，使得基板相對於微流體裝置與探針卡移動之步驟之前，亦可包括藉由一幫浦對微流體裝置之底部與基板之間的空間充氣，以使得微流體裝置與基板相互分離之步驟。在一些實施例中，上述生化檢測方法亦可包括設置至少一測試條件感測器於微流體裝置之腔室內，以感測待測溶液之測試條件，以及藉由控制裝置根據測試條件感測器感測之結果控制生化檢測系統內至少一部件運作，而使得待測溶液之測試條件維持一致，其中測試條件包括溫度、酸鹼值及/或水位高度。在一些實施例中，在藉由探針卡之探針對晶片之生化感測器進行電性量測之步驟後，亦可包括將待測溶液抽出微流體裝置之步驟。在一些實施例中，在將待測溶液抽出微流體裝置之步驟後，亦可包括將一相同或不同的待測溶液注入微流體裝置之腔室，並利用相同的晶片進行生化檢測之步驟。

綜上所述，本發明實施例提供一種自動式生化檢測系統及方法，可直接利用晶圓(或基板)上複數個晶片之生化感測器感應及檢測待測溶液中之目標生化物質，而不需要切割晶圓及分開操作各晶片，因此可大幅縮短檢測時間及提高檢測效率。此外，可將傳統人工操作均以自動化機械動作取代，如此亦可減少人工操作可能產生的誤差，並改善測試條件(例如檢測時間、反應溫度及液體蒸發量等)之一致性，進而提高檢測結果的精確度與品質。

根據一些實施例，提供一種微流體裝置，包括一本體、一軟性墊體、一腔室以及一洩水閥。軟性墊體設於本體之底面。腔室形成於本體及軟性墊體內，且腔室於微流體裝置之底面形成有一開口。洩水閥活動地設於腔室內，用於阻擋或允許被注入腔室之一溶液流至開口。

根據一些實施例，洩水閥具有一桿部，朝著微流體裝置之底面延伸且突出於本體之底面。

根據一些實施例，微流體裝置更包括複數個氣流通道，連通軟性墊體之底面及本體之頂面。

根據一些實施例，軟性墊體在由腔室至微流體裝置之外側壁之方向上具有複數層結構。

根據一些實施例，提供一種生化檢測系統，包括一探針卡以及一微流體裝置。探針卡具有複數個探針及一開口，探針用於接觸接觸一基板上至少一晶片之複數個電極墊，以感測該至少一晶片之至少一生化感測器之電性訊號。微流體裝置卡合於開口內且具有一腔室，腔室用於接收一待測溶液， 並使得待測溶液與生化感測器接觸。

根據一些實施例，微流體裝置更具有複數個氣流通道，連通微流體裝置之底面，且生化檢測系統更包括一幫浦，連接氣流通道，其中幫浦用於對微流體裝置之底部與基板之間的空間抽氣及/或充氣，並使得微流體裝置與基板緊密結合及/或相互分離。

根據一些實施例，微流體裝置更具有一漏液檢測元件，設置於微流體裝置之外側壁之底部，用於檢測待測溶液是否從微流體裝置與基板之間洩漏。

根據一些實施例，提供一種生化檢測方法，包括：設置一基板於一承載台上，基板上具有至少一晶片，晶片具有至少一生化感測器及複數個電極墊；提供一探針卡及一微流體裝置，其中探針卡具有複數個探針及一開口，微流體裝置卡合於開口內且具有一腔室；移動微流體裝置及探針卡，使得微流體裝置之腔室與探針卡之探針的位置分別對應於晶片之生化感測器與電極墊的位置；移動承載台，使得微流體裝置與基板結合；將一待測溶液注入微流體裝置之腔室，使得待測溶液與晶片之生化感測器接觸一定時間；以及藉由探針卡之探針對晶片之生化感測器進行電性量測，以及根據電性量測結果判定待測溶液中之目標生化物質的種類及/或數量。

根據一些實施例，生化檢測方法更包括移動承載台，使得基板相對於微流體裝置與探針卡移動，進而利用基板上之另一晶片進行生化檢測，其中在移動承載台，使得基板相對於微流體裝置與探針卡移動之步驟之前，更包括藉由一幫浦 對微流體裝置之底部與基板之間的空間充氣，以使得微流體裝置與基板相互分離。

根據一些實施例，生化檢測方法更包括設置至少一測試條件感測器於微流體裝置之腔室內，以感測待測溶液之測試條件，以及藉由控制裝置根據測試條件感測器感測之結果控制生化檢測系統內至少一部件運作，而使得待測溶液之測試條件維持一致，其中上述測試條件包括溫度、酸鹼值及/或水位高度。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可做些許之更動與潤飾。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 (10)

1. 一種微流體裝置，包括：一本體；一軟性墊體，設於該本體之底面；一腔室，形成於該本體及該軟性墊體內，且該腔室於該微流體裝置之底面形成有一開口；以及一洩水閥，活動地設於該腔室內，用於阻擋或允許被注入該腔室之一溶液流至該開口。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微流體裝置，其中該洩水閥具有一桿部，朝著該微流體裝置之底面延伸且突出於該本體之底面。
3. 如申請專利範圍第1項所述的微流體裝置，其中該洩水閥之頂部形成一毛細結構，用於導引該溶液流至該開口。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的微流體裝置，更包括複數個氣流通道，連通該軟性墊體之底面及該本體之頂面。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的微流體裝置，其中該軟性墊體在由該腔室至該微流體裝置之外側壁之方向上具有複數層結構。
6. 一種生化檢測系統，包括：一探針卡，具有複數個探針及一開口，該些探針用於接觸一基板上至少一晶片之複數個電極墊，以感測該至少一晶片之至少一生化感測器之電性訊號；一微流體裝置，卡合於該開口內且具有一腔室，該腔室用 於接收一待測溶液，並使得該待測溶液與該生化感測器接觸，其中該微流體裝置更具有複數個氣流通道，連通該微流體裝置之底面；以及一幫浦，連接該些氣流通道，其中該幫浦用於對該微流體裝置之底部與該基板之間的空間抽氣及/或充氣，並使得該微流體裝置與該基板緊密結合及/或相互分離。
7. 如申請專利範圍第6項所述的生化檢測系統，其中該微流體裝置更具有一漏液檢測元件，設置於該微流體裝置之外側壁之底部，用於檢測該待測溶液是否從該微流體裝置與該基板之間洩漏。
8. 如申請專利範圍第6或7項所述的生化檢測系統，其中該微流體裝置之該腔室內更設有一測試條件感測器，用於感測該待測溶液之測試條件，且該生化檢測系統更包括一控制裝置，配置用以根據該測試條件感測器感測之結果控制該生化檢測系統內至少一部件運作而使得該待測溶液之測試條件維持一致。
9. 一種生化檢測方法，包括：設置一基板於一承載台上，該基板上具有至少一晶片，該晶片具有至少一生化感測器及複數個電極墊；提供一探針卡及一微流體裝置，其中該探針卡具有複數個探針及一開口，該微流體裝置卡合於該開口內且具有一腔室；移動該微流體裝置及該探針卡，使得該微流體裝置之該腔室與該探針卡之該些探針的位置分別對應於該晶片之該生 化感測器與該些電極墊的位置；移動該承載台，使得該微流體裝置與該基板結合；將一待測溶液注入該微流體裝置之該腔室，使得該待測溶液與該晶片之該生化感測器接觸一定時間；藉由該探針卡之該些探針對該晶片之該生化感測器進行電性量測，以及根據電性量測結果判定該待測溶液中之目標生化物質的種類及/或數量；以及在該晶片之電性量測結束之後，移動該承載台，使得該基板相對於該微流體裝置與該探針卡移動，進而利用該基板上之另一晶片進行生化檢測，其中在移動該承載台，使得該基板相對於該微流體裝置與該探針卡移動之前，更包括藉由一幫浦對該微流體裝置之底部與該基板之間的空間充氣，以使得該微流體裝置與該基板相互分離。
10. 如申請專利範圍第9項所述的生化檢測方法，其中使得該微流體裝置與該基板結合更包括藉由該幫浦對該微流體裝置之底部與該基板之間的空間抽氣，以使得該微流體裝置與該基板緊密結合。