TWI803097B - 用於直流偏置交流電動力學之生物晶片與電極單元 - Google Patents

Abstract

一種用於直流偏置交流電動力學之生物晶片與電極單元，該電極單元包含一電化學電極組與多個流體驅動電極組。該電化學電極組包括工作電極、環繞在該工作電極外的輔助電極，及環繞在該輔助電極外的參考電極，該參考電極具有朝該工作電極延伸靠近的參考電極段。該等流體驅動電極組徑向間隔排列地環繞在該電化學電極組外，每一流體驅動電極組具有徑向間隔之內環電極與外環電極。透過該電化學電極組與該等流體驅動電極組之結構設計，使得本發明用於直流偏置交流電動力學之電極單元可適用於高導電度之檢體液，並具有更高的檢體液驅動效能。

Description

用於直流偏置交流電動力學之生物晶片與電極單元

本發明是有關於一種生物晶片與用於生物晶片之電極設計，特別是指一種用於直流偏置交流電動力學之生物晶片與電極單元。

交流電滲流(AC eoectroosmotic flow,ACEO)是向浸沒在電解質中的電極表面施加交流電場後，在電極表面和電解質之間形成的電雙層中的電荷會受到一定的力，該力將驅使流體產生流動，此ACEO技術已被應用於生物晶片之微流體的流動控制，可用以收集濃縮檢體液中特定生物微粒。但是ACEO僅限於低電導率溶液(<150μS/cm)，以致於血液、尿液、唾液與腦脊液等生物檢體都必須經過高度稀釋後才能適用，而此高度稀釋處理會造成製成之樣本中的待測標的物濃度過低。

直流偏置交流電動學(DC-biased AC electrokinetic，DC-ACEK)是自ACEO演變而來。透過結合高頻AC電位和低DC電位以構成直流偏置交流電訊號，然後施加於不對稱之電極間的設計，可利用施加之直流偏壓會在不對稱電極間產生橫向電導率梯度，再加上交流電場相結合作用後，就可於樣本流體中產生從高導電率往低電導率方向流動的渦流。與傳統的ACEO技術相比，DC-ACEK可產生強度更大的強流量，且生成的電導率梯度允許在高電導率溶液中操作顆粒。

在採用DC-ACEK技術的生物晶片發展中，電極結構設計會直接影響到產生之直流偏置交流電動力強度，進而影響到驅動生物流體樣品流動的效能。以C.C.Wu於Biomicrofluidics發表之「An impedimetric bioaffinity sensing chip integrated with the long-range DC-biased AC electrokinetic centripetal vortex produced in a high conductivity solution，06 July 2018」揭露之電極結構設計為例，雖然已經可將適用之樣本流體的導電率提高至2.06mS/cm，但檢體被處理製成樣本流體時仍會被過度稀釋。此外，其未考慮到參考電極與工作電極間所存在之電位降(potential drop)問題，致使製成之生物晶片透過阻抗分析儀分析測得之標的物濃度時會出現較大誤差。

因此，本發明的目的，即在提供一種用於直流偏置交流 電動力學且能改變先前技術的至少一個缺點的電極單元。

於是，本發明用於直流偏置交流電動力學之電極單元，適用於設置在一基板上，並包含一個電化學電極組、多個流體驅動電極組，及多個導電電極。

該電化學電極組包括一個工作電極、一個徑向間隔環繞在該工作電極外且具有一個徑向開口的輔助電極，及一個徑向間隔環繞在該輔助電極外且具有一個徑向開口的參考電極，該參考電極具有一個環繞該輔助電極且具有該徑向開口之指環段，及一個自該指環段朝該工作電極延伸至該輔助電極之該徑向開口中的參考電極段，該輔助電極之徑寬大於該指環段之徑寬。

該等流體驅動電極組環繞該電化學電極組，且徑向間隔排列成同心圓狀。每一流體驅動電極組具有徑向間隔之一個內環電極與一個外環電極，該內環電極之徑寬(D2)大於該外環電極之徑寬(D1)，該內環電極與該外環電極之間距(G2)，小於該內環電極與徑向內側相鄰之該參考電極或另一流體驅動電極組之該外環電極的間距(G1)，且D1<G1<D2。

其中一導電電極是電連接於該等外環電極，其中另一導電電極是電連接於該等內環電極，其餘導電電極是分別電連接於該工作電極、該輔助電極與該參考電極。

因此，本發明的另一目的，即在提供一種用於直流偏置 交流電動力學且能改變先前技術的至少一個缺點的生物晶片。

於是，本發明用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，適用於進行一檢體液的檢測，並包含一個基板、一個如上所述之電極單元、兩個絕緣膜，及一個蓋板。

該基板具有一個頂面，該電極單元設置在該基板的該頂面，該等絕緣膜未遮蔽該電化學電極組與該等流體驅動電極組地沿一第一方向間隔設置在該基板的該頂面。該蓋板疊跨在該等絕緣膜頂側間，而間隔遮蓋在該電化學電極組與該等流體驅動電極組上方，且該蓋板、該基板及該等絕緣膜相配合界定出一個可用以透過毛細作用將所述檢體液吸入的檢測空間，該電化學電極組與該等流體驅動電極組會接觸被吸入該檢測空間的所述檢體液。

本發明之功效在於：透過該電極單元之該電化學電極組與該等流體驅動電極組之結構設計，使得本發明用於直流偏置交流電動力學之生物晶片可適用於高導電度之檢體液，並具有更高的檢體液驅動效能。

200:生物晶片

201:檢測空間

202:檢測槽區

203:第一開口槽區

204:第二開口槽區

3:基板

30:頂面

31:第一側邊

32:第二側邊

4:電極單元

41:電化學電極組

410:徑向開口

411:工作電極

412:輔助電極

413:參考電極

414:指環段

415:參考電極段

416:末端面

42:流體驅動電極組

420:徑向開口

421:內環電極

422:外環電極

43:導電電極

5:絕緣膜

51:內槽緣

52:第一內端緣

53:第二內端緣

6:蓋板

61:覆蓋部

62:第一凸部

63:第二凸部

901:第一方向

D1、D2:徑寬

D3:寬度

G1、G2:間距

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明用於直流偏置交流電動力學之生物晶片的一實施 例的一個立體圖；圖2是該實施例的一個立體分解圖；圖3是該實施例的一個電極單元的不完整的俯視圖；圖4是圖3的局部放大圖；圖5是該實施例的一個不完整的俯視圖；圖6是圖1沿A-A線之剖視圖；圖7是圖6之局部放大圖；圖8是該實施例之實驗例(一)的CV訊號圖，說明不同之DC-ACEK反應時間後，一工作電極上的IL-6濃度產生的電化學訊號變化；圖9是該實施例之實驗例(一)的EIS訊號圖，說明不同之DC-ACEK反應時間後，該工作電極上的IL-6濃度產生的電化學訊號變化；圖10是該實施例之實驗例(二)的實驗組(1)的CV訊號圖，說明不同IL-6濃度的電化學訊號變化；圖11是該實施例之實驗例(二)的實驗組(2)的CV訊號圖，說明不同IL-6濃度的電化學訊號變化；圖12是該實施例之實驗例(二)的實驗組(1)的EIS訊號圖，說明不同IL-6濃度的電化學訊號變化；圖13是該實施例之實驗例(二)的實驗組(2)的EIS訊號圖， 說明不同IL-6濃度的電化學訊號變化；圖14是該實施例之實驗例(二)的實驗組(1)與實驗組(2)的阻抗變化與IL-6濃度的關係圖；圖15是該實施例之實驗例(三)的CV訊號圖，說明一參考電極與一工作電極在不同間距d情況下的電位降變化。

參閱圖1、2，本發明用於直流偏置交流電動力學之生物晶片200的一個實施例，可用以電連接設置在一個檢測裝置(圖未示)，且能用以承載一含有特定生物微粒之檢體液(圖未示)。該生物晶片200可被該檢測裝置提供之電訊號驅動，而產生用以驅使檢體液往特定區域產生渦流的直流偏置交流電動力(DC-biased AC Electrokinetics，DC-ACEK)。此外，該生物晶片200還可用以修飾固定能與所述特定生物微粒產生鍵結反應的感測物質，而能夠供該檢測裝置對所述感測物質進行電化學分析，藉以得到所述感測物質的感測結果。

所述檢體液為具有預定導電度條件的液體，例如但不限於由尿液、血液、口水、汗水、牛乳等經適當處理後製成之液體，或由其它生物組織經適當處理製成之液體。所述特定生物微粒例如但不限於細胞、微生物或其它生物分子，所述微生物例如但不限於 細菌與真菌等，所述生物分子例如但不限於蛋白質與核酸等。所述感測物質例如但不限於抗體或DNA探針。

該生物晶片200包含一個具有一頂面30的基板3、一個設置在該基板3之該頂面30的電極單元4、兩個相間隔地被覆設置在該基板3之該頂面30且局部遮蔽該電極單元4的絕緣膜5，及一個疊跨在該等絕緣膜5頂側間之蓋板6。為方便說明，以下是將圖2所示之該基板3的長度方向定義為前後向(第一方向901)，而將該基板3之寬度方向定義為左右向。

參閱圖2、5、6，該基板3可為玻璃材質或塑膠材質，所述塑膠例如但不限於PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，Poly(methyl methacrylate))。該基板3之該頂面30具有沿該第一方向901前後延伸且左右相背的一個第一側邊31與一個第二側邊32，且該基板3、該等絕緣膜5與該蓋板6相配合界定出一個介於該第一側邊31與該第二側邊32間的檢測空間201。該檢測空間201具有一個概呈圓形的檢測槽區202，及自該檢測槽區202左右相背往外延伸且分別外露在該第一側邊31與該第二側邊32的一個第一開口槽區203與一個第二開口槽區204。

參閱圖2、3、4，該電極單元4是透過微機電製程設置在該基板3上，其厚度範圍為15~20nm，較佳為18nm。該電極單元4包括外露在該檢測槽區202內的一個電化學電極組41與多個流 體驅動電極組42，及多個電連接於該電化學電極組41與該等流體驅動電極組42並往前延伸出該檢測槽區202外的導電電極43。該等導電電極43可用以和該檢測裝置電連接，使該電化學電極組41與該等流體驅動電極組42訊號連接該檢測裝置。

該電化學電極組41包括一個圓形的工作電極411、一個徑向間隔地環繞設置在該工作電極411外且概呈圓環狀的輔助電極412，及一個徑向間隔地環繞在該輔助電極412外且概呈圓環狀的的參考電極413。該輔助電極412與該參考電極413都具有一個朝前的徑向開口410，且該等徑向開口410是呈徑向對應狀。

該參考電極413具有一個環繞該輔助電極412且界定出對應之該徑向開口410之C字型的指環段414，及一個自該指環段414一端往後朝該工作電極411延伸至該輔助電極412之該徑向開口410中的參考電極段415，該參考電極段415具有一面向該工作電極411的斜切狀的末端面416。該輔助電極412之表面積至少為該工作電極411表面積的10倍，且該輔助電極412之徑寬大於該指環段之徑寬，也大於該工作電極411之直徑。

該等流體驅動電極組42是間隔環繞於該電化學電極組41徑向外側，且徑向間隔排列成同心圓狀。每一流體驅動電極組42具有徑向間隔且都概呈C字型的一個內環電極421與一個外環電極422，該內環電極421與該外環電極422都具有一個朝前對應的徑向 開口420。該等流體驅動電極組42之該等內環電極421與該等外環電極422的該等徑向開口420，是與該輔助電極412及該參考電極413之該等徑向開口410呈徑向對應狀。

此外，每一流體驅動電極組42之該內環電極421的徑寬(D2)大於該外環電極422的徑寬(D1)，且該內環電極421與該外環電極422間的間距(G2)，小於該內環電極421與徑向內側相鄰之該參考電極413的該指環段414或另一流體驅動電極組42之該外環電極422的間距(G1)。其中，D1<G1<D2，且D1：D2：G1：G2=1：6：3：1。此外，該輔助電極412之徑寬等於D2，該參考電極413之該指環段414之徑寬等於D1，而該參考電極段415延伸末端與該工作電極411間的間距d，為該參考電極段415之該末端面416寬度D3的兩倍。在本實施例中，D1=25~30μm，D2=150~180μm，G1=75~90μm，G2=25~30μm，該參考電極段415之該末端面416的寬度為25~30μm，該參考電極413與該工作電極411之該間隙d為50~60μm。其中，當G1尺寸超出範圍(>90μm)，電極間距變大，電場會減弱並造成流體流速減慢。

參閱圖2、5、6、7，該等絕緣膜5是沿該第一方向延伸且相間隔地設置在該基板3的該頂面30，且其中一絕緣膜5會局部覆蓋該等導電電極43，僅使該等導電電極43末端部外露，而可用以電連接該檢測裝置。該等絕緣膜5是透過將例如但不限於聚乙烯 對苯二甲酸酯(PET，polyethylene terephthalate)或聚碳酸酯(PC，Polycarbonate)等絕緣材料塗佈設置在基板3上所構成，每一絕緣膜5之左右寬度相同於該基板3之該頂面30左右寬度，左右兩邊是分別緊鄰該第一側邊31與該第二側邊32。

每一絕緣膜5靠近另一絕緣膜5之一端具有一個左右延伸且前後弧彎的內槽緣51，及分別自該內槽緣51兩端左右相背往外延伸的一個第一內端緣52與一個第二內端緣53，該第一內端緣52與該第二內端緣53分別往外延伸至該第一側邊31與該第二側邊32。該等絕緣膜5之該等內槽緣51相配合圍繞界定出該檢測槽區202的前後槽緣，該等絕緣膜5之前後相向的兩個第一內端緣52的間距是呈往該第一側邊31方向漸增，該等絕緣膜5之前後相向的兩個第二內端緣53的間距是呈往該第二側邊32方向漸增。

參閱圖1、2、5，該蓋板6是由親水性材料製成，或有經由親水性表面處理，所述親水性材料例如但不限於醋酸纖維(cellulose acetate)。該蓋板6具有一個疊跨在該等絕緣膜5頂側間且界定出該檢測槽區202頂緣的覆蓋部61，及自該覆蓋部61左右相背往外突伸的一個第一凸部62與一個第二凸部63。

該第一凸部62是介於該等第一內端緣52間，並延伸至第一側邊31，而與該基板3相配合界定出該第一開口槽區203。該第二凸部63是介於該等第二內端緣53間，並延伸至第二側邊32，而 與該基板3相配合界定出該第二開口槽區204。此外，該第一凸部62在該第一方向901的寬度大於或等於該等第一內端緣52的最小間距，但小於該等第一內端緣52的最大間距。該第二凸部63在該第一方向901的寬度大於或等於該等第二內端緣53的最小間距，但小於該等第二內端緣53的最大間距。也就是說，該第一凸部62與該等第一內端緣52間存在間隙，該第二凸部63與該等第二內端緣53間存在間隙。

在本實施例中，每一絕緣膜5之厚度範圍為3~10μm，較佳為5μm，所述絕緣膜5之厚度小於3μm時，會造成該檢測槽區202高度太低，以致於該檢測槽區202容裝的檢體液厚度太小，而無法透過DC-ACEK驅動，若絕緣膜5之厚度大於10μm，則會增加所需之檢體液體積。該等內槽緣51圍繞界定出之該檢測槽區202的直徑為4mm，該等第一內端緣52與該等第二內端緣53之最小間距為1mm，而最大間距為1.8mm。該蓋板6之該第一凸部62與該第二凸部63的寬度都為1mm。

透過該等絕緣膜5與該蓋板6的結構設計，使得該第一開口槽區203與該第二開口槽區204都具有三個對外開口，其中一個開口是外露在該第一側邊31或該第二側邊32，另外兩個開口分別朝向該等第一內端緣52或該等第二內端緣53。此外，該檢測空間201能藉由毛細作用，經由該第一開口槽區203與該第二開口槽區 204其中任一吸入所述檢體液，並使吸入之檢體液充滿該檢測槽區202，使檢體液接觸該電化學電極組41與該等流體驅動電極組42。

參閱圖1、5、6，本發明生物晶片200用以進行檢體液中之特定生物微粒的收集與電化學檢測時，可預先於該電化學電極組41之該工作電極411表面修飾固定所述感測物質。

當要將檢體液輸入該生物晶片200之該檢測槽區202時，可以將調配好之預定體積的檢體液滴在該第一開口槽區203或該第二開口槽區204，或者是使該第一開口槽區203或該第二開口槽區204直接接觸滲出體表之檢體液，例如接觸手指或耳朵穿刺流出之血液或其它體液。此時，該蓋板6之親水性材質設計與該檢測空間201之毛細作用會相配合將檢體液吸引輸送至該檢測槽區202，而接觸該電化學電極組41與該等流體驅動電極組42。

接著，再將該生物晶片200外露有該等導電電極43之一端插入該檢測裝置，使該等導電電極43電連接該檢測裝置，就可透過該檢測裝置進行檢體液中之特定生物微粒之收集與電化學檢測分析。

進行生物微粒之收集時，可經由該等導電電極43對該等流體驅動電極組42與該電化學電極組41施加直流偏置交流電訊號，藉以驅使該等流體驅動電極組42與該電化學電極組41相配合產生直流偏壓交流電電動力，藉以驅使檢體液產生往該電化學電極 組41方向流動的渦流。當要檢測之特定生物微粒被帶動位移至該電化學電極組41時，固定在該工作電極411上的感測物質就會與所述特定生物微粒鍵結反應。透過直流偏壓交流電動力驅動檢體液一段時間後，就可使所述感測物質充分與檢體液中的特定生物微粒產生鍵結反應，而完成特定生物微粒的收集作業。

然後，停止對該等流體驅動電極組42與該電化學電極組41施加電訊號，改為對該電化學電極組41進行氧化還原電位掃描之電化學檢測分析，藉以分析該工作電極411上之所述感測物質與所述檢體液中之特定生物微粒的鍵結情況，並可透過分析特定生物微粒收集前與收集後之氧化還原電位訊號，來進行檢體液中之所述特定生物微粒的定量或定性分析。

在驅使該電化學電極組41進行電化學檢測分析期間，是相對於不可極化之該參考電極413進行該工作電極411與該輔助電極412之電位量測，該工作電極411與該輔助電極412間的溶液阻抗所產生的電位降(potential drop)會一直包含在量測值中，本發明透過將該參考電極413之該參考電極段415末端延伸靠近該工作電極411，且使該參考電極段415末端與該工作電極411間的間距d等於該參考電極段415之該末端面416寬度D3的兩倍的設計，可有效降低前述電位降，並避免該工作電極411產生屏蔽誤差，而有助於降低檢測誤差。

其中，當該間距d大於D3的兩倍時，將會提高電化學反應所需電位，若該間距d小於D3的兩倍，則會影響整體電極間距比例，造成檢測誤差。

以下即進一步針對本發明生物晶片200透過直流偏置交流電動力學以驅動檢體液流動，並進行特定生物微粒收集與檢測分析提出實驗例說明。

實驗例(一)

待測生物微粒。待測生物微粒為interleukin-6(IL-6)(介白素-6)。IL-6檢體液的組成為10ng/mL IL-6溶於10mM PBS，該檢體液導電度為10.85mS/cm。

電極單元4之電極尺寸。電化學電極組41之該工作電極411直徑80μm，該參考電極413徑寬30μm，該輔助電極412徑寬180μm。該參考電極段415之該末端面416寬度為30μm，該參考電極413與該工作電極411之該間隙d為60μm。每一流體驅動電極組42之該外環電極422的徑寬(D1)為30μm，該內環電極421的徑寬(D2)為180μm。此外，G1為30μm，G2為90μm。該工作電極411、該參考電極413、該輔助電極412、該等外環電極422與該等內環電極421皆為白金(Pt)。

實驗組：會先於該工作電極411表面修飾固定anti-IL-6 aptamer(抗介白素-6核酸適體)，然後，再於該工作電極411表 面修飾固定MCH(6-Mercapto-1-hexanol，6-巰基-1-己醇)，藉以遮蔽該工作電極411未接上anti-IL-6 aptamer的區域。所述anti-IL-6 aptamer可用以和檢體液中的IL-6產生鍵結反應。

在本實施例中，共設置四個實驗組，用以分別進行15秒、30秒、45秒與60秒的DC-ACEK反應，藉以驅使檢體液中的IL-6往該工作電極411方向移動匯集。

對照組：僅會於該工作電極411表面修飾固定MCH，並以1mM/1mM Fe(CN)6^3-/4-溶於10mM PBS做為反應液。於以MCH修飾該工作電極411，並於該檢測空間201加入所述反應液後，直接對該電化學電極組41進行電化學檢測分析。

DC-ACEK驅動電壓條件。用以驅使檢體液產生直流偏置交流電動力之直流偏置交流電訊號為300kHz、15Vpp交流電，直流偏壓(DC bias)為1VDC。

生物微粒收集結果測試：於完成DC-ACEK反應後，以PBS(磷酸鹽緩衝生理鹽水，Phosphate buffered saline)將每一實驗組之該生物晶片200的該檢測槽區202內的殘液沖洗掉，並將由1mM/1mM Fe(CN)6^3-/4-溶於10mM PBS製成之反應液導入該生物晶片200之該檢測槽區202。然後，透過伏安法與電化學阻抗譜分別對該電化學電極組41進行電位掃描與阻抗分析，藉以瞭解該生物晶片200施加DC-ACEK反應15秒、30秒、45與60秒秒 後，該工作電極411上鍵結之IL-6濃度。

參閱圖8、9，由圖8所示之循環伏安(Cyclic Voltammetry，CV)圖可知，隨著DC-ACEK作用時間的增加，氧化還原電流逐漸變小，且超過30秒後之氧化還原電流會開始下降，而由圖9所示之電化學阻抗譜(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)可知，DC-ACEK反應時間超過30秒後，阻抗值亦明顯下降，且45秒與60秒之阻抗變化趨勢相似。這表示對該生物晶片200施予DC-ACEK 30秒後，該工作電極411上鍵結的IL-6已趨於飽和。

也就是說，本發明之生物晶片200即使應用在檢體液導電度達10.85mS/cm條件下，同樣可透過DC-ACEK成功驅動檢體液流動而進行特定生物微粒的快速收集，僅需30秒就可完成檢體液中之待測標的物的收集作業，可證實本發明生物晶片200結構設計於配合DC-ACEK技術使用時，確實可用以驅動導電度高達10mS/cm的檢體液，並能夠用以進行特定生物微粒的快速收集。

實驗例(二)

實驗組(1)：

參照以上述實驗例(一)之電極單元4尺寸條件、該工作電極411表面修飾處理條件、DC-ACEK驅動電壓條件、檢體液與反應液製備方式與實驗流程，進行三個IL-6濃度的DC-ACEK處理 與電化學檢測分析。IL-6濃度分別為10ng/mL、1ng/mL、0.1ng/mL。檢體液導電度為10.85mS/cm。DC-ACEK處理時間為30秒。

實驗組(2)：

將1mM/1mM Fe(CN)6^3-/4-溶於10mM PBS製成反應液，再將5μl的IL-6檢體溶於5μl的反應液中，以製成檢體液。進行三個IL-6濃度的DC-ACEK處理與電化學檢測分析，IL-6濃度分別為10ng/mL、1ng/mL、0.1ng/mL。製成之檢體液的導電度為12.09mS/cm。DC-ACEK處理時間為30秒。

參照上述實驗例(一)之電極單元4尺寸條件與該工作電極411表面修飾處理方式。於將檢體液滴入該生物晶片200後，參照上述實驗例(一)之DC-ACEK驅動電壓條件進行DC-ACEK處理。於完成DC-ACEK處理後，在不以PBS沖洗的情況下，直接進行該電化學電極組41的電化學檢測分析。

對照組：僅會於該工作電極411表面修飾固定M CH，並以1mM/1mM Fe(CN)6^3-/4-溶於10mM PBS做為反應液。於以MCH修飾該工作電極411，並於該檢測空間201加入所述反應液後，直接對該電化學電極組41進行電化學檢測分析。

參閱圖10~13，由實驗組(1)與實驗組(2)之CV圖和EIS圖清楚可知，當將待測生物微粒直接溶於反應液，並於進行 DC-ACEK處理後，直接對該電化學電極組41進行電化學檢測分析時，可得到更大的訊號反應。且由圖14所示之阻抗變化曲線可知，兩個實驗組都具有很好的線性關係，但實驗組(2)之檢量線變化更為明顯。由此可證實，本案生物晶片200可供透過DC-ACEK直接對檢體液中之特定生物微粒進行收集處理，且於完成DC-ACEK處理後，可省去進行殘液沖洗處理與添加進行電化學反應之反應液的步驟，就可直接於對該電化學電極組41進行電化學檢測分析，以進行生物微粒的定量分析，而具有極佳的使用方便性。

[實驗例三]

參照上述生物晶片200之該電極單元4的電極尺寸條件，在該生物晶片200的該工作電極411未固定修飾物時情況下，分析該參考電極413與該工作電極411間之該間隙d大小所產生之電位降影響。其中一生物晶片200的該間距d為兩倍D3，另一生物晶片200之該間距d大於兩倍D3。在該檢測槽區202中導入由1mM/1mM Fe(CN)6^3-/4-溶於10mM PBS(導電度σ=12.9mS/cm)製成的反應液，並透過循環伏安法對該等生物晶片200之該等電化學電極組41進行電位掃描。

由圖15可知，當該間距d大於兩倍D3時，該參考電極413與工作電極411間所存在之電位降(potential drop)會明顯變大。也就是說，本發明透過在該參考電極413之環狀的該指環段414另 外延伸設置一個靠近該工作電極411的該參考電極段415的結構設計，確實可降低該參考電極413與該工作電極411間的電位降，而有助於助於降低檢測誤差。

綜上所述，透過該電極單元4之該電化學電極組41與該等流體驅動電極組42之結構設計，使得本發明用於直流偏置交流電動力學之生物晶片200可適用於高導電度之檢體液，可大幅降低將檢體製備成檢體液時的稀釋程度，並具有更高的檢體液驅動效能，因而有助於縮減檢體液中之特定生物微粒的收集時間，並提高檢測準確性。因此，本發明用於直流偏置交流電動力學之該生物晶片200與該電極單元4與確實是一種相當創新的創作，確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

4:電極單元

41:電化學電極組

411:工作電極

412:輔助電極

413:參考電極

414:指環段

415:參考電極段

42:流體驅動電極組

420:徑向開口

421:內環電極

422:外環電極

43:導電電極

D1、D2:徑寬

G1、G2:間距

Claims (12)

1. 一種用於直流偏置交流電動力學之電極單元，適用於設置在一基板上，並包含：一個電化學電極組，包括一個工作電極、一個徑向間隔環繞在該工作電極外且具有一個徑向開口的輔助電極，及一個徑向間隔環繞在該輔助電極外且具有一個徑向開口的參考電極，該參考電極具有一個環繞該輔助電極且具有該徑向開口之指環段，及一個自該指環段朝該工作電極延伸至該輔助電極之該徑向開口中的參考電極段，該輔助電極之徑寬大於該指環段之徑寬；多個流體驅動電極組，環繞該電化學電極組且徑向間隔排列成同心圓狀，每一流體驅動電極組具有徑向間隔之一個內環電極與一個外環電極，該內環電極之徑寬(D2)大於該外環電極之徑寬(D1)，該內環電極與該外環電極之間距(G2)，小於該內環電極與徑向內側相鄰之該參考電極或另一流體驅動電極組之該外環電極的間距(G1)，且D1<G1<D2；及多個導電電極，其中一導電電極電連接於該等外環電極，其中另一導電電極電連接於該等內環電極，其餘導電電極分別電連接於該工作電極、該輔助電極與該參考電極。
2. 如請求項1所述的用於直流偏置交流電動力學之電極單元，其中，D1：D2：G1：G2=1：6：3：1。
3. 如請求項2所述的用於直流偏置交流電動力學之電極單 元，其中，該輔助電極之徑寬等於D2，該參考電極之該指環段與該參考電極段的徑寬都等於D1。
4. 如請求項3所述的用於直流偏置交流電動力學之電極單元，其中，該參考電極之該參考電極段延伸末端至該工作電極之間距(d)為該參考電極段之末端面寬度的兩倍。
5. 如請求項2、3或4所述的用於直流偏置交流電動力學之電極單元，其中，D1=25~30μm，D2=150~180μm，G1=75~90μm，G2=25~30μm。
6. 一種用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，適用於進行一檢體液的檢測，並包含：一個基板，具有一個頂面；一個如請求項1~5任一項所述之電極單元，設置在該基板的該頂面；兩個絕緣膜，未遮蔽該電化學電極組與該等流體驅動電極組地沿一第一方向間隔設置在該基板的該頂面；及一個蓋板，覆蓋該電化學電極組與該等流體驅動電極組地疊跨在該等絕緣膜頂側間，而與該基板及該等絕緣膜相配合界定出一個可用以透過毛細作用將所述檢體液吸入的檢測空間，該電化學電極組與該等流體驅動電極組會接觸被吸入該檢測空間的所述檢體液。
7. 如請求項6所述的用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，其中，該基板之該頂面具有一個沿該第一方向延伸的第一側邊，該等絕緣膜緊鄰該第一側邊，該檢測空間 具有一個包圍該電化學電極組與該等流體驅動電極組且用以容置所述檢體液的檢測槽區、一個連通該檢測槽區且外露在該第一側邊的第一開口槽區，及一個連通該檢測槽區且與該第一開口槽區相間隔之朝外的第二開口槽區。
8. 如請求項7所述的用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，其中，每一絕緣膜具有一個和另一絕緣膜相配合界定出該檢測槽區的內槽緣，及一個自該內槽緣往外延伸至該第一側邊的第一內端緣，且該等絕緣膜之該等第一內端緣間的間距往該第一側邊方向漸增，該蓋板具有一個疊跨在該等絕緣膜頂側且界定出該檢測槽區頂緣之覆蓋部，及一個自該覆蓋部往外延伸至該第一側邊而與該基板相配合界定出該第一開口槽區的第一凸部，該第一凸部在該第一方向的寬度小於該等第一內端緣的最大間距。
9. 如請求項8所述的用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，該基板之該頂面還具有一個沿該第一方向延伸且與該第一側邊相背的第二側邊，該第二開口槽區外露在該第二側邊，每一絕緣膜還具有一個自對應之該內槽緣延伸至該第二側邊之第二內端緣，該等絕緣膜之該等第二內端緣間的間距往該第二側邊方向漸增，該蓋板還具有一個自該覆蓋部往外延伸至該第二側邊，而與該基板相配合界定出該第二開口槽區的第二凸部，該第二凸部在該第一方向的寬度小於該等第二內端緣的最大間距。
10. 如請求項9所述的用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，其中，該第一凸部在該第一方向的寬度大於等於該等第一內端緣的最小間距，該第二凸部在該第一方向的寬度大於等於該等第二內端緣的最小間距。
11. 如請求項6所述的用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，其中，每一絕緣膜厚度為3~10μm。
12. 如請求項6所述的用於直流偏置交流電動力學之生物晶片，其中，該蓋板面向該檢測空間之表面具親水性。

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