TWI726945B - 一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法與設備 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一加速在有孔性材質上均勻反應之方法，且本發明與傳統西方墨點法相比，僅需1/9的檢驗時間及1/100的試劑用量即可達相同的偵測信號強度。

Description

一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法與設備
本發明係有關於一種在有孔性材質上均勻反應之方法，特別是關於一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法。
根據經濟部的估計，臺灣的檢驗試劑每年市場規模約30億元，全球體外檢驗試劑市場已超越50億美元，加計檢測診斷試劑相關用品的市場已達300億美元，其中免疫檢驗試劑占25%、臨床化學占16.5%，顯示免疫檢驗試劑已成為檢驗試劑的市場主流。
而其中檢驗試劑的市場，係將生化分子均勻塗佈於試片、薄膜、晶片、塑料、金屬、濾紙、有機材質、醫療級產品或由其他生化分子所組成之材質等應用的需求係佔最大宗市場，尤其當需要塗佈的生化分子即屬於微量且高單價的物質時，而一個能快速且均勻塗佈微量生化分子的關鍵技術就顯得極為重要。
近年來，以免疫反應機制進行之生醫檢測已廣泛運用於各領域，如人類免疫缺陷病毒檢測(HIV immunodetection)、萊姆病檢測(Lyme disease detection)、B型肝炎病毒感染的確定測試(Hepatitis B virus detection)、腫瘤標記篩檢、健康檢查及各項常規之血液與尿液檢驗項目等。然免疫檢測在 分析蛋白質或抗原時，因檢測過程冗長且常需使用價格高昂之多種抗體，並結合酵素對基質的高效催化作用以達高敏感性偵測之效，故在不犧牲訊號強度前提下，降低抗體用量及節省反應時間為達成精確免疫檢測之必要技術。
傳統西方墨點法係將含靶蛋白之待測薄膜置於含抗體之容器內，抗體需藉擴散機制與靶蛋白結合反應，而該傳統西方墨點法之機制係以抗體能專一性結合於抗原處，再使用酵素使兩者結合之樣品呈色，透過呈色的位置及色帶的深度，分析靶蛋白於特定組織或細胞樣品之含量多寡，而該傳統西方墨點法係將已轉印好靶蛋白的聚偏二氟乙烯膜(poly(vinylidene fluoride,PVDF)膜，置於抗體溶液盒內，透過搖晃的方式將抗體均勻地覆蓋在膜上，來達到抗體結合在特定抗原上的效果。然該法之缺點在於抗體消耗量大及操作時間長，除會產生擴散距離過長，導致反應時間增加的問題外，更使得抗體用量過大導致浪費。
為降低抗體用量，市場上仍以滴注或點塗，並搭配風乾或烘乾之方式將生化分子塗佈於試片、薄膜或晶片等載體上，價格及操作時間仍無法滿足使用者端對快速反應之需求。日前可行之作法係運用毛細管等電泳系統，將抗體於毛細管內被光活化，進而交聯於毛細管表面以檢測蛋白質。該技術雖具高靈敏度及高再現性等優勢，然其系統價格昂貴已侷限了其應用範圍。
此外，當需使用到高單價之抗體的生物化學及免疫學試驗，就必須考慮在降低試驗成本的前提下，如何使用最少量的抗體，即可完成試驗，但是仍能維持應有的準確度，甚至希望可以再縮短反應時間，以增加單位時間內可以檢測的樣品數量，或者提供多渠道的同步偵測技術，以達到降低成本、快速、大量且準確的目標。
為兼顧節量抗體及降低設備需求，技術上可將薄層液膜塗佈作為一種直接塗佈法，運用流體與基板間之相對運動將薄膜塗於基板之上，可藉控制一適當塗佈間距、流體流量及塗佈速度精確定量塗出均勻薄濕膜，以該膜之厚度決定材料用量，可縮短分子間擴散距離進而提升反應效率，然當塗佈之液膜厚度縮小至一臨界厚度時，薄膜之表面積相對其體積之比值提高，液膜傾向降低總體表面積以達最低表面能，使薄膜易因收縮破裂為液珠導致濃度不均，使得檢驗失效。此即本發明所欲解決先前技術之難點，其目的為在不犧牲訊噪比及可靠度之前提下，有效地提升檢測效率及降低製程成本，而目前市場上尚無與本發明類似之生化分子均勻塗佈方法與反應技術。
本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法，係於完成待反應物(如靶蛋白)轉印後，將有孔性材質之基板(如聚偏二氟乙烯膜)置放於機台上，將少量反應物(如：抗體)注入輕巧型面式塗佈頭內，接著在機台上設定好所有參數，使塗佈頭維持在膜的上方與膜保持一定的塗佈間距，並沿著有孔性材質之基板(如聚偏二氟乙烯膜)的表面移動，係藉表面張力將抗體自塗佈頭進行抗體擴散並均勻地分佈於該有孔性材質(如聚偏二氟乙烯膜)之基板上。
本發明係一種以反應物之薄膜均勻塗佈在擬被反應物上，藉由提升反應介面之面積體積比，以達成反應碰撞機率增加，並減少整體所需反應劑量之方法，包含如下的步驟：提供一薄膜塗佈方式及一可調變之塗佈寬度，將反應物均勻薄層塗於擬被反應物上。
本發明之一種加速在以反應物之薄膜均勻塗佈在有孔性材質上 擬被反應物之均勻化學反應方法，包含如下的步驟：提供一薄膜塗佈方式，一有孔材質基板，以及一真空幫浦，其中該薄膜塗佈方式包含一塗佈頭可將反應物均勻塗層於一有孔材質基板上，該有孔材質基包含一特徵孔徑，該真空幫浦，其抽取方向不平行於薄膜塗佈平面方向，產生一強制對流，迫使反應物往待反應物方向移動，以抑制含反應物之薄膜因擴散機制朝薄膜平面其他方向上流動而造成局部濃度降低，可在提升反應物與待反應物交互作用的同時，亦提升訊躁比。
本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法係具有快速、微量且可均勻反應之塗佈方法，可達到降低成本、快速、大量且準確的產品與市場需求。
本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法與傳統西方墨點法相比，本發明方法僅需1/9的檢驗時間，以及1/100的試劑用量，便可達相同的偵測信號強度。
本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法係一種快速、微量且可均勻反應之塗佈方法，可廣泛應用於生物化學，以及免疫學等試驗之龐大市場需求。
11:抗體薄膜
12:抗體標記靶蛋白
13:真空幫浦
14:塗佈頭
15:抗體注入口
第1圖顯示本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法的實施例示意圖。
第2圖顯示本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法的實驗結果圖。
以下將參照所附圖式說明本發明之實施形態以敘述本發明。在圖式中，相同的元件符號表示相同的元件，並且為求清楚說明，元件之大小或厚度可能誇大顯示。
如第1圖所示，本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法，係於完成待反應物(如靶蛋白)轉印後，將待測膜上(如聚偏二氟乙烯膜polyvinylidene difluoride,PVDF)膜置放於機台上，將少量抗體(使用量約為傳統西方墨點法的1/100)注入輕巧型面式塗佈頭內，接著在機台上設定好所有參數，使塗佈頭維持在膜的上方與膜保持一定的塗佈間距，並沿著待測膜的表面移動，藉表面張力將反應物(如抗體)自塗佈頭進行反應物(如抗體)擴散並均勻地分布於該待測膜上。
如第2圖所示本發明之一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法的實驗結果圖，本發明除反應物(如抗體)的用量可以大幅減少外，亦可讓反應物(如抗體)均勻地與待測膜(如聚偏二氟乙烯膜)接觸，有效地使反應物(如抗體)結合於特定待反應物(如抗原)上，並提升傳統西方墨點法的準確性。
本發明之一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法，首先，以薄層塗佈方式均勻分配反應物(如抗體)於待測膜(如polyvinylidene difluoride,PVDF)上。本發明係以塗佈頭以注射幫浦及表面張力作為流體驅動力，將反應物(如抗體)塗於已含待反應物(如靶蛋白)之待測膜上(如polyvinylidene difluoride,PVDF)。
而本發明之一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法，係在塗佈的過程中，控制塗膜的速度、間距及輸送流體之流量，前述塗膜的速度、間距及輸送流體之流量需精準匹配，使抗體於塗佈完成後，形成一均勻極薄之液膜，縮短反應物藉擴散機制與待反應物結合之時間。而因單位面積 之膜薄厚度正比於單位面積之抗體量，即在液膜均勻的前提下，薄膜上各處的抗體量仍為均勻分佈，而使染色均勻。
又本發明之一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法，接著以真空抑制抗體擴散之濃度不均現象。藉由反應物(如抗體)以薄液膜形式接觸含待反應物(如靶蛋白)之待測膜上時(如polyvinylidene difluoride,PVDF)，有別於過往抗體用量較大時之擴散現象，此時薄膜之表面積相對其體積之比值提高，液膜傾向降低總體表面積以達最低表面能，使薄膜易因收縮破裂為液珠導致濃度不均。
而本發明之一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法，其中係利用真空幫浦之負壓強制抗體對流，進一步縮短反應時間並降低非專一性結合所導致的雜訊。本發明係以一負壓之真空幫浦強迫抗體往靶蛋白方向移動，以抑制抗體因擴散機制朝其他方向上流動而造成局部濃度降低，並在提升抗體與靶蛋白交互作用的同時，亦可將未與靶蛋白結合之昂貴抗體回收並提升訊躁比。且透過自動化模組的輕巧型塗佈頭以及真空幫浦的協助，該機台已驗證本發明方法可大幅降低抗體用量以及時間的消耗，減少人為誤差，提升檢測效率，充分符合未來快速生醫檢測之需求。
本發明係一種以反應物之薄膜均勻塗佈在擬被反應物上，藉由提升反應介面之面積體積比，以達成反應碰撞機率增加，並減少整體所需反應劑量之方法，包含如下的步驟：提供一薄膜塗佈方式及一可調變之塗佈寬度，將反應物均勻薄層塗於擬被反應物上。
一種加速在以反應物之薄膜均勻塗佈在有孔性材質上擬被反應物之均勻化學反應方法，包含如下的步驟：提供一薄膜塗佈方式，一有孔材質基板，以及一真空幫浦，其中該薄膜塗佈方式包含一塗佈頭可將反應物均勻塗層於一有孔材質基板上，該有孔材質基包含一特徵孔徑，該真空 幫浦，其抽取方向不平行於薄膜塗佈平面方向，產生一強制對流，迫使反應物往待反應物方向移動，以抑制含反應物之薄膜因擴散機制朝薄膜平面其他方向上流動而造成局部濃度降低，可在提升反應物與待反應物交互作用的同時，亦提升訊躁比。請參考第1圖，一種使用本發明前述之方法所形成的設備，至少包含：機台，用於供置放有孔性材質之基板以及供設定參數；塗佈頭14與抗體注入口15，塗佈頭14位於機台上方，且維持在抗體薄膜11的上方與抗體薄膜11保持固定的塗佈間距；以及真空幫浦13，真空幫浦13係以一負壓強迫反應物往待反應物(抗體標記靶蛋白12)方向移動，以加速在有孔性材質之基板上的一均勻反應，其中真空幫浦13的抽取方向不平行於抗體薄膜11的塗佈方向；其中，塗佈間距，反應物的流體流量，抗體薄膜11的塗佈速度，以及真空幫浦13所形成的一負壓可受到控制。
本發明具有快速檢測之功能，係建立在相同顯影效果時可降低檢測時間之前提下，因本方法運用薄膜之流體特性，縮短反應物(如抗體)與待反應物(如靶蛋白)間之擴散距離，並利用真空幫浦同時間以一控制負壓強迫抗體往靶蛋白方向移動，抑制抗體因擴散機制朝其他方向流動而造成局部濃度降低，並提升抗體與靶蛋白間之交互作用達快速反應之效。
傳統免疫反應如西方墨點法之抗體使用量最少需大於2μg，而本發明之實施例採用直接塗佈法，僅需以0.02μg之抗體塗於含靶蛋白之待測聚偏二氟乙烯膜(poly(vinylidene fluoride,PVDF)上，仍能穩定且精準偵測到靶蛋白之含量與訊號變化，在進行價格高昂之生化檢體檢測時，可降低成本至1/100以下，相較現存技術具顯著之進步性。
本發明一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法係具有快速、微量且可均勻反應之塗佈方法，可達到降低成本、快速、大量且準確的產品與市場需求。又本發明與傳統西方墨點法相比，本發明方法僅需1/9的檢驗 時間，以及1/100的試劑用量，便可達相同的偵測信號強度。綜前述，可知本發明係一種快速、微量且可均勻反應之塗佈方法，可廣泛應用於生物化學，以及免疫學等試驗之龐大市場需求。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本發明之專利範圍中。
11:抗體薄膜
12:抗體標記靶蛋白
13:真空幫浦
14:塗佈頭
15:抗體注入口

Claims (2)

  1. 一種加速以一反應物之一薄膜均勻塗佈在一有孔性材質上之一均勻化學反應方法，至少包含：提供一薄膜塗佈，一有孔性材質基板，以及一真空幫浦，其中該薄膜塗佈包含一塗佈頭，可將一反應物均勻塗層於一有孔性材質基板上，該薄膜塗佈具有可調變之一薄膜塗佈寬度；完成一待反應物轉印；置放含有該待反應物的該有孔性材質基板於該塗佈頭下方；注入欲塗佈的該反應物於該塗佈頭內；調整該塗佈頭之一流體出口與該有孔材質基板之一塗佈間距，其中設定該機台上之參數，使該塗佈頭維持在該有孔性材質基板的上方且與該有孔性材質基板保持該塗佈間距；沿著該有孔性材質基板的表面移動，使得該反應物自該塗佈頭進行一反應物擴散並均勻分布該反應物於該有孔性材質基板上，其中包括控制一塗膜的速度，一間距及一輸送流體之流量；以及以一真空幫浦抑制該反應物之一濃度降低現象，其中該真空幫浦之一抽取方向不平行於該薄膜塗佈之一平面方向，以產生一強制對流，迫使該反應物往該待反應物方向移動，以抑制含該反應物之該薄膜塗佈之一局部濃度降低，藉以提升該反應物與該待反應物之一交互作用，以及提升一訊躁比，藉以提升一反應介面之一面積體積比，以達成一反應碰撞機率增加，並減少一整體所需反應劑量。
  2. 一種使用申請專利範圍第1項之方法所形成的設備，至少包含：一機台，用於供置放該有孔性材質之基板以及供設定參數；一塗佈頭，該塗佈頭位於該機台上方，且維持在該薄膜的上方與該薄膜保持固定的一塗佈間距；以及一真空幫浦，該真空幫浦係以一負壓強迫反應物往該待反應物方向移動，以加速在該有孔性材質之基板上的一均勻反應，其中該真空幫浦的一抽取方向不平行於一薄膜塗佈平面方向； 其中，該塗佈間距，該反應物的一流體流量，該薄膜的一塗佈速度，以及該真空幫浦所形成的一負壓可受到控制。
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