TWI810575B - 微電極元件、微流體晶片及微流體檢測方法 - Google Patents
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Abstract
一種微電極元件、微流體晶片及微流體檢測方法。微流體晶片包含一頂板及一具有多個微電極元件的微電極點陣列。各微電極元件包含微流體電極、加熱電極及控制電路。控制電路包含微流體控制與位置感測電路、儲存電路及溫度控制電路。微流體控制與位置感測電路於微流體控制訊號的致能時間區間移動待測樣本，於位置控制訊號的致能時間區間偵測微流體電極與頂板間的電容值。儲存電路於時脈的不同致能時間區間分別輸出電容值、讀入樣本操作設定及加熱控制設定。溫度控制電路於加熱控制訊號的致能時間區間依據加熱控制設定決定開關狀態。
Description
本發明係關於一種微電極元件、微流體晶片以及微流體檢測方法。具體而言，本發明係關於一種可程式化地控制溫度的微電極元件、微流體晶片以及微流體檢測方法。
以微流體晶片進行各種生物醫學的分析及檢測（例如：蛋白質分析、疾病診斷）往往需要在檢測過程將待測樣本加熱至一或多個特定溫度。以聚合酶連鎖反應（Polymerase Chain Reaction；PCR）檢測為例，需重複地執行去氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid；下稱「DNA」）變性（denaturation）、引子黏合（Annealing）及引子延伸（Extension）等不同階段的操作，方能將極微量的DNA 片斷大量地複製。由於前述三個階段各自需要不同的溫度，因此在檢測過程需要進行熱循環。然而，不論使用光學方式（例如：雷射）或加熱板來進行熱循環，都需要另外設置迴授機制才能有效地控制溫度。此外，此種加熱機制所設定的加熱區塊為固定的，不能針對不同應用進行調整，導致微通道的設計受限。
將微流體晶片應用於各種生物醫學的分析及檢測還面臨另一個困境，即：習知的微流體晶片係針對特定領域、篩檢特定疾病而客製化地設計，因此市場有限，無法量化生產。
有鑑於此，本領域亟需一種能因應不同檢測過程而彈性地控制檢測溫度，且能應用於各種不同領域以及不同檢測流程的微流體檢測技術。
本發明的一目的在於提供一微電極元件，其係包含一微流體電極、一加熱電極及一控制電路。該微流體電極設置於一頂板下方，該加熱電極設置於該微流體電極下方，且該控制電路設置於該加熱電極下方。該控制電路包含一溫度控制電路、一儲存電路及一微流體控制與位置感測電路。該溫度控制電路耦接至該加熱電極，而該微流體控制與位置感測電路耦接至該微流體電極。該儲存電路於一時脈的一第一致能時間區間讀入一樣本操作設定。該微流體控制與位置感測電路於一微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據該樣本操作設定進行一樣本操作，且於一位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及該微流體電極間的一電容值並將該電容值儲存於該儲存電路。該儲存電路於該時脈的一第四致能時間區間輸出該電容值，且於該時脈的一第五致能時間區間讀入一加熱控制設定。該溫度控制電路於一加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據該加熱控制設定決定該溫度控制電路的一開關狀態。
本發明的另一目的在於提供一微流體晶片，其係包含一頂板及一微電極點陣列。該微電極點陣列設置於該頂板下方，且包含複數個串接的微電極元件。各該微電極元件包含一微流體電極、一加熱電極及一控制電路。各該微流體電極設置於該頂板下方，各該加熱電極設置於對應的該微流體電極下方，且各該控制電路設置於對應的該加熱電極下方。各該控制電路包含一溫度控制電路、一儲存電路及一微流體控制與位置感測電路。各該溫度控制電路耦接至對應的該加熱電極，而各該微流體控制與位置感測電路耦接至對應的該微流體電極。各該儲存電路於一時脈的一第一致能時間區間讀入對應的一樣本操作設定。各該微流體控制與位置感測電路於一微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據對應的該樣本操作設定進行對應的一樣本操作，且於一位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及對應的該微流體電極間對應的一電容值並將對應的該電容值儲存於對應的該儲存電路。各該儲存電路於該時脈的一第四致能時間區間輸出對應的該電容值，且於該時脈的一第五致能時間區間讀入對應的一加熱控制設定。各該溫度控制電路於一加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據對應的該加熱控制設定決定該溫度控制電路的一開關狀態。
本發明的又一目的在於提供一微流體檢測方法，其係適用於一微流體晶片。該微流體晶片包含一頂板及一微電極點陣列，其中該微電極點陣列設置於該頂板下方，且該微電極點陣列包含複數個串接的微電極元件。各該微電極元件包含一微流體電極、一加熱電極以及一控制電路。各該微流體電極設置於該頂板下方，各該加熱電極設置於對應的該微流體電極下方，且各該控制電路設置於對應的該加熱電極下方。各該控制電路包含一微流體控制與位置感測電路、一儲存電路以及一溫度控制電路。各該微流體控制與位置感測電路耦接至對應的該微流體電極，且各該溫度控制電路耦接至對應的該加熱電極。該微流體檢測方法包含以下所述的步驟(a)、步驟(b)、步驟(c)、步驟(d)及步驟(e)。
於步驟(a)，提供一時脈至該等儲存電路。於步驟(b)，提供一微流體控制訊號至該等微流體控制與位置感測電路。於步驟(c)，提供一位置控制訊號至該等微流體控制與位置感測電路。於步驟(d)，提供複數個樣本操作設定，其中該等樣本操作設定一對一地對應至該等微電極元件。於步驟(e)，提供複數個加熱控制設定，其中該等加熱控制設定一對一地對應至該等微電極元件。各該儲存電路於該時脈的一第一致能時間區間讀入對應的一樣本操作設定。各該微流體控制與位置感測電路於該微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據對應的該樣本操作設定進行對應的一樣本操作。各該微流體控制與位置感測電路於該位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及對應的該微流體電極間對應的一電容值並將對應的該電容值儲存於對應的該儲存電路。各該儲存電路於該時脈的一第四致能時間區間輸出對應的該電容值。各該儲存電路於該時脈的一第五致能時間區間讀入對應的一加熱控制設定。各該溫度控制電路於該加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據對應的該加熱控制設定決定對應的該溫度控制電路的一開關狀態。
本發明所提供的微電極元件中的控制電路包含微流體控制與位置感測電路、溫度控制電路及儲存電路，且微流體控制與位置感測電路、溫度控制電路及儲存電路各自可接收不同的訊號，因此可針對各訊號安排對應的致能時間區間來達成微流體檢測的相關運作（包含讀入樣本操作設定、樣本操作、偵測待測樣本、輸出待測樣本的偵測結果、讀入加熱控制設定、對待測樣本加熱）。本發明所提供的微電極晶片則是包含由複數個微電極元件串接而成的微電極陣列。由於微電極陣列所包含的各該微電極元件中的微流體控制與位置感測電路、溫度控制電路及儲存電路各自可接收不同的訊號，因此可針對各訊號安排對應的致能時間區間，並針對不同的微電極元件提供不同的樣本操作設定及不同的加熱控制設定，使微電極晶片達成更為繁複的微流體檢測的相關運作。因此，採用本發明所提供的微電極元件、微電極陣列及微流體檢測方法進行微流體檢測，可因應不同檢測過程而彈性地控制檢測溫度，且能應用於各種不同領域以及不同檢測流程。
以下結合圖式闡述本發明的詳細技術及實施方式，俾使本發明所屬技術領域中具有通常知識者能理解所請求保護的發明的技術特徵。
以下將透過實施方式來解釋本發明所提供的微電極元件、微流體晶片及微流體檢測方法。然而，該等實施方式並非用以限制本發明需在如該等實施方式所述的任何環境、應用或方式方能實施。因此，關於以下實施方式的說明僅在於闡釋本發明的目的，而非用以限制本發明的範圍。應理解，在以下實施方式及圖式中，與本發明非直接相關的元件已省略而未繪示。此外，圖式中各元件的尺寸以及元件間的尺寸比例僅為便於繪示及說明，而非用以限制本發明的範圍。
本發明的第一實施方式為一微電極元件1，其電路方塊圖及側面剖視圖分別描繪於第1A圖及第1B圖。微電極元件1包含一微流體電極11、一加熱電極13及一控制電路15，其中微流體電極11設置於一頂板10的下方，加熱電極13設置於微流體電極11的下方，且控制電路15設置於加熱電極13的下方。前述頂板10可由一導電材質形成，例如：一氧化銦錫（Indium Tin Oxide；ITO）玻璃板。需說明者，本發明未限制微電極元件1的尺寸；在某些實施方式中，微電極元件1的上表面的面積可約為2,500平方微米（μm
2）。
在某些實施方式中，可採用能形成如第1C圖所示的半導體結構的半導體製程來實作微電極元件1。第1C圖所示的半導體結構具有一基板S，且基板S上具有四層金屬層，由下至上分別為第一金屬層M1、第二金屬層M2、第三金屬層M3及第四金屬層M4。在該等實施方式中，控制電路15可形成於第一金屬層M1及第二金屬層M2，加熱電極13可形成於第三金屬層M3，且微流體電極11可形成於第四金屬層M4。需說明者，本發明未限制加熱電極13的形狀。在某些實施方式中，加熱電極13的形狀可如第1D圖所示。
於本實施方式中，控制電路15包含一微流體控制與位置感測電路151、一溫度控制電路153及一儲存電路155。微流體控制與位置感測電路151耦接至微流體電極11，且溫度控制電路153耦接至加熱電極13。此外，微流體控制與位置感測電路151、溫度控制電路153及儲存電路155彼此耦接。微流體控制與位置感測電路151用以接收一微流體控制訊號EN_F及一位置控制訊號EN_S。儲存電路155用以接收一時脈CLK，接收及儲存一輸入訊號DI以及提供一輸出訊號DO。溫度控制電路153用以接收一加熱控制訊號EN_T。此外，頂板10上方會被施以一電壓訊號VS。
在某些實施方式中，可採用如第1E圖所示的訊號時序圖來控制微電極元件1在一檢測週期的作動。具體而言，一檢測週期中可有致能時間區間T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中致能時間區間T2晚於致能時間區間T1，致能時間區間T3晚於致能時間區間T2，致能時間區間T4晚於致能時間區間T3，致能時間區間T5晚於致能時間區間T4，且致能時間區間T6晚於致能時間區間T5。如第1E圖所示，時脈CLK具有致能時間區間T1、致能時間區間T4及致能時間區間T5，電壓訊號VS及微流體控制訊號EN_F具有相同的致能時間區間T2，位置控制訊號EN_S具有致能時間區間T3，而加熱控制訊號EN_T具有致能時間區間T6。需說明者，一訊號（例如：時脈CLK、電壓訊號VS、微流體控制訊號EN_F、位置控制訊號EN_S、加熱控制訊號EN_T）在其對應的致能時間區間內的電壓準位可為高準位，而在非致能時間區間的電壓準位必然為低準位。
現詳述微電極元件1在此訊號時序圖控制下的作動。在時脈CLK的致能時間區間T1，儲存電路155從輸入訊號DI中讀入一樣本操作設定（未繪示）。該樣本操作設定係用以指示微流體控制與位置感測電路151在致能時間區間T2所要進行的樣本操作。舉例而言，可採用數值0與數值1作為樣本操作設定的內容，其中數值1代表微流體控制與位置感測電路151需作動，而數值0代表微流體控制與位置感測電路151不作動。接著，於致能時間區間T2，微流體控制與位置感測電路151會依據該樣本操作設定進行一樣本操作（亦即，一微流體操作）。舉例而言，樣本操作可為移動一待測樣本、切割一待測樣本、混和待測樣本。
於位置控制訊號EN_S的致能時間區間T3，微流體控制與位置感測電路151偵測是否有一待測樣本。具體而言，於位置控制訊號EN_S的致能時間區間T3，微流體控制與位置感測電路151偵測頂板10及微流體電極11間的一電容值（未繪示），並將該電容值儲存於儲存電路155。電容值的數值大小可反映出頂板10與微流體電極11間是否有一待測樣本。若以數值0與數值1來表示偵測到的電容值，則數值1代表頂板10與微流體電極11間具有待測樣本，而數值0代表頂板10與微流體電極11間不具有待測樣本。接著，在時脈CLK的致能時間區間T4，儲存電路155輸出所儲存的該電容值，亦即，輸出待測樣本的偵測結果。
接著，於時脈CLK的致能時間區間T5，儲存電路155從輸入訊號DI中讀入一加熱控制設定（未繪示）。該加熱控制設定用以指示溫度控制電路153的一開關狀態，例如：可採用數值1及0來分別表示打開及關閉。於加熱控制訊號EN_T的致能時間區間T6，溫度控制電路153會依據該加熱控制設定決定一開關狀態（例如：溫度控制電路153所包含的一開關為開啟或關閉）。當加熱控制設定指示溫度控制電路153的該開關狀態為開啟時（例如：加熱控制設定的數值為1時），溫度控制電路153便設定其該開關狀態為開啟，使加熱電極13進行加熱。當加熱控制設定指示溫度控制電路153的該開關狀態為關閉時（例如：加熱控制設定的數值為0時），溫度控制電路153便設定其該開關狀態為關閉，因此加熱電極13不作動（即，不會加熱）。藉此，微電極元件1可達到特定溫度，以進行特定的微流體檢測。
由上述說明可知，由於微電極元件1中的控制電路15包含微流體控制與位置感測電路151、溫度控制電路153及儲存電路155，且微流體控制與位置感測電路151、溫度控制電路153及儲存電路155各自可接收不同的訊號，因此可針對各訊號安排對應的致能時間區間來達成微流體檢測的相關運作（包含讀入樣本操作設定、樣本操作、偵測待測樣本、輸出待測樣本的偵測結果、讀入加熱控制設定、對待測樣本加熱）。因此，採用微電極元件1進行微流體檢測，可因應不同檢測過程而彈性地控制檢測溫度，且能應用於各種不同領域以及不同檢測流程。
本發明的第二實施方式為一微電極晶片2，其俯視圖及側面剖視圖分別描繪於第2A圖及第2B圖。微電極晶片2包含一頂板10及一微電極陣列21，其中微電極陣列21設置於頂板10下方，且微電極陣列21包含複數個串接的微電極元件1。於第2A圖中，每一個正方形代表一個微電極元件1，其中各微電極元件1具有一輸入端及一輸出端。第一個微電極元件1以外的其他各個微電極元件1的輸入端耦接至前一個微電極1的輸出端。
於本實施方式中，各微電極元件1所具有的結構及功能如第一實施方式中所述。但需說明者，因微電極陣列21所包含的該等微電極元件1串接，因此第一個微電極元件1以外的其他各個微電極元件1係經由排列於前的微電極元件1接收到輸入訊號DI，而最後一個微電極元件1以外的其他各個微電極元件1係經由排列於後的微電極元件1提供輸出訊號DO。
在某些實施方式中，可採用如第2C圖所示的訊號時序圖來控制微電極陣列21的該等微電極元件1在一檢測週期的作動。類似的，一檢測週期中可有致能時間區間T1、T2、T3、T4、T5、T6，其中致能時間區間T2晚於致能時間區間T1，致能時間區間T3晚於致能時間區間T2，致能時間區間T4晚於致能時間區間T3，致能時間區間T5晚於致能時間區間T4，且致能時間區間T6晚於致能時間區間T5。如第2C圖所示，時脈CLK具有致能時間區間T1、致能時間區間T4及致能時間區間T5，電壓訊號VS及微流體控制訊號EN_F具有相同的致能時間區間T2，位置控制訊號EN_S具有致能時間區間T3，而加熱控制訊號EN_T具有致能時間區間T6。需說明者，一訊號（例如：時脈CLK、電壓訊號VS、微流體控制訊號EN_F、位置控制訊號EN_S、加熱控制訊號EN_T）在其對應的致能時間區間內的電壓準位可為高準位，而在非致能時間區間的電壓準位必然為低準位。
現詳述微電極陣列21的該等微電極元件1在此訊號時序圖控制下的作動。
於本實施方式中，該等微電極元件1的該等儲存電路155於時脈CLK的致能時間區間T1分別讀入一樣本操作設定。具體而言，時脈CLK的致能時間區間T1具有複數個子致能時間區間，且該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件1的該等儲存電路155。此即，若微電極陣列21包含
N個微電極元件1，則致能時間區間T1具有
N個子致能時間區間，其中
N為正整數。時脈CLK在其對應的子致能時間區間內的電壓準位可為高準位，而在非致能時間區間的電壓準位必然為低準位。各微電極元件1的儲存電路155會於對應的該子致能時間區間讀入對應的該樣本操作設定。各該樣本操作設定係用以指示對應的該微流體控制與位置感測電路151在致能時間區間T2所要進行的樣本操作。
為便於理解，茲提供三種
N個儲存電路155可讀入的該等樣本操作設定的範例，分別描繪於第2D圖、第2E圖及第2F圖。應理解，第2D圖、第2E圖及第2F圖的內容並非用以限制本發明的範圍。在第2D圖、第2E圖及第2F圖中，
N個正方形分別代表
N個儲存電路155所讀入的
N個樣本操作設定，其中灰色正方形代表對應的該微流體控制與位置感測電路151在致能時間區間T2作動，而白色正方形代表對應的該微流體控制與位置感測電路151在致能時間區間T2不作動。第2D圖、第2E圖及第2F圖所分別對應的該等樣本操作設定，將使
N個微電極元件1的
N個微流體控制與位置感測電路151在致能時間區間T2進行待測樣本的切割、待測樣本的移動及分群、待測樣本的移動及混合。
接著，於致能時間區間T2，施加於頂板10上方的電壓訊號VS可為高準位。各微電極元件1的該微流體控制與位置感測電路151會依據對應的該樣本操作設定進行一樣本操作（亦即，一微流體操作）。
於位置控制訊號EN_S的致能時間區間T3，各微電極元件1的該微流體控制與位置感測電路151偵測是否有一待測樣本。具體而言，於位置控制訊號EN_S的致能時間區間T3，各微電極元件1的該微流體控制與位置感測電路151偵測頂板10及對應的該微流體電極11間的一電容值（未繪示），並將該電容值儲存於對應的儲存電路155。
接著，在時脈CLK的致能時間區間T4，各微電極元件1的儲存電路155輸出所儲存的電容值，亦即，輸出待測樣本的偵測結果。具體而言，致能時間區間T4具有複數個子致能時間區間，且該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件1的該等儲存電路155。時脈CLK在其對應的子致能時間區間內的電壓準位可為高準位，而在非致能時間區間的電壓準位必然為低準位。各微電極元件1的儲存電路155會於對應的該子致能時間區間輸出對應的該電容值。
之後，於時脈CLK的致能時間區間T5，各微電極元件1的儲存電路155從輸入訊號DI中讀入對應的一加熱控制設定（未繪示）。具體而言，時脈CLK的致能時間區間T5具有複數個子致能時間區間，且該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件1的該等儲存電路155。時脈CLK在其對應的子致能時間區間內的電壓準位可為高準位，而在非致能時間區間的電壓準位必然為低準位。各微電極元件1的儲存電路155會於對應的該子致能時間區間讀入對應的該加熱控制設定。各該樣本操作設定係用以指示對應的該微流體控制與位置感測電路151在致能時間區間T2所要進行的樣本操作。各該加熱控制設定用以指示對應的溫度控制電路153的一開關狀態。
為便於理解，茲提供三種
N個儲存電路155可讀入的該等加熱控制設定的範例，分別描繪於第2G圖、第2H圖及第2I圖。應理解，第2G圖、第2H圖及第2I圖的內容並非用以限制本發明的範圍。在第2G圖、第2H圖及第2I圖中，
N個正方形分別代表
N個儲存電路155所讀入的
N個加熱控制設定，其中灰色正方形代表在加熱控制訊號EN_T的致能時間區間T6對應的溫度控制電路153的開關狀態須為開啟，而白色正方形代表在加熱控制訊號EN_T的致能時間區間T6對應的溫度控制電路153的開關狀態須為關閉。比較第2G圖、第2H圖及第2I圖的三個範例可知，因第2G圖所對應的該等加熱控制設定會使較多的溫度控制電路153的開關狀態為開啟，因此依該等加熱控制設定加熱後會得到較高的溫度。此外，比較第2G圖、第2H圖及第2I圖的三個範例可知，因第2H圖所對應的該等加熱控制設定會使較多的溫度控制電路153的開關狀態為開啟，因此依該等加熱控制設定加熱後會得到較低的溫度。
接著，於加熱控制訊號EN_T的致能時間區間T6，各微電極元件1的溫度控制電路153會依據對應的該加熱控制設定決定一開關狀態（例如：溫度控制電路153所包含的一開關為開啟或關閉）。當加熱控制設定指示溫度控制電路153的該開關狀態為開啟時（例如：加熱控制設定的數值為1時），溫度控制電路153便設定其該開關狀態為開啟，使加熱電極13進行加熱。當加熱控制設定指示溫度控制電路153的該開關狀態為關閉時（例如：加熱控制設定的數值為0時），溫度控制電路153便設定其該開關狀態為關閉，因此加熱電極13不作動（即，不會加熱）。藉此，微電極晶片2可達到特定溫度，以進行特定的微流體檢測。
在某些實施方式中，微電極晶片2可用於更複雜的微流體檢測。於該等實施方式中，於時脈CLK的致能時間區間T5，該等微電極元件1的該等儲存電路155則可讀入類似於第2J圖所示的該等加熱控制設定。具體而言，於該等實施方式中，該等微電極元件1被區分為複數個群組（例如：於第2J圖中，被區分為三個群組），各該群組所包含的該等儲存電路153所讀入的該等加熱控制設定不同。各該群組所包含的該等儲存電路153所讀入的該等加熱控制設定對應至一加熱圖案，且該等加熱圖案P1、P2、P3不同，如第2J圖所示。由於不同的群組對應至不同的加熱圖案，因此可在單一的微電極晶片2上達到不同的特定溫度，以進行不同的微流體檢測。
由上述說明可知，由於微電極晶片2所包含的微電極陣列21具有複數個串接的微電極元件1，且各微電極元件1中的微流體控制與位置感測電路151、溫度控制電路153及儲存電路155各自可接收不同的訊號，因此可針對各訊號安排對應的致能時間區間，並針對不同的微電極元件1提供不同的樣本操作設定及不同的加熱控制設定，使微電極晶片2達成更為繁複的微流體檢測的相關運作。因此，採用微電極晶片2進行微流體檢測，可因應不同檢測過程而彈性地控制檢測溫度，且能應用於各種不同領域以及不同檢測流程。
本發明的第三實施方式為一種微流體檢測方法，其適用於如第二實施方式中所述的微電極晶片2。該微流體檢測方法的主要流程圖係描繪於第3圖，其係至少包含步驟S301、步驟S303、步驟S305、步驟S307及步驟S309。
於步驟S301，提供一時脈至微電極晶片2所包含的該等微電極元件1的該等儲存電路155（例如：由一電子計算裝置提供）。於步驟S303，提供一微流體控制訊號至微電極晶片2所包含的該等微電極元件1的該等微流體控制與位置感測電路151（例如：由一電子計算裝置提供）。於步驟S305，提供一位置控制訊號至微電極晶片2所包含的該等微電極元件1的該等微流體控制與位置感測電路151（例如：由一電子計算裝置提供）。於步驟S307，提供複數個樣本操作設定至微電極晶片2所包含的該等微電極元件1的該等儲存電路155（例如：由一電子計算裝置提供），其中該等樣本操作設定一對一地對應至該等微電極元件155。於步驟S309，提供複數個加熱控制設定至微電極晶片2所包含的該等微電極元件1的該等儲存電路155（例如：由一電子計算裝置提供），其中該等加熱控制設定一對一地對應至該等微電極元件。
需說明者， 本發明未限制上述步驟S301、步驟S303、步驟S305、步驟S307及步驟S309的執行順序。各該儲存電路會於該時脈的一第一致能時間區間讀入對應的一樣本操作設定。各該微流體控制與位置感測電路會於該微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據對應的該樣本操作設定進行對應的一樣本操作，其中該第二致能時間區間晚於該第一致能時間區間。各該微流體控制與位置感測電路會於該位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及對應的該微流體電極間對應的一電容值並將對應的該電容值儲存於對應的該儲存電路，其中該第三致能時間區間晚於該第二致能時間區間。各該儲存電路會於該時脈的一第四致能時間區間輸出對應的該電容值，其中該第四致能時間區間晚於該第三致能時間區間。各該儲存電路會於該時脈的一第五致能時間區間讀入對應的一加熱控制設定，其中該第五致能時間區間晚於該第四致能時間區間。。各該溫度控制電路會於該加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據對應的該加熱控制設定決定對應的該溫度控制電路的一開關狀態，其中該第六致能時間區間晚於該第五致能時間區間。
除了上述步驟，第三實施方式的微流體檢測方法還能執行其他步驟以使微電極晶片2具有如第二實施方式中所述的功能，且達到同樣的技術效果。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可直接瞭解第三實施方式如何基於上述第二實施方式以執行此等運作及步驟，具有同樣的功能，並達到同樣的技術效果，故不贅述。
綜上所述，本發明所提供的微電極元件中的控制電路包含微流體控制與位置感測電路、溫度控制電路及儲存電路，且微流體控制與位置感測電路、溫度控制電路及儲存電路各自可接收不同的訊號，因此可針對各訊號安排對應的致能時間區間來達成微流體檢測的相關運作（包含讀入樣本操作設定、樣本操作、偵測待測樣本、輸出待測樣本的偵測結果、讀入加熱控制設定、對待測樣本加熱）。本發明所提供的微電極晶片則是包含由複數個微電極元件串接而成的微電極陣列。由於微電極陣列所包含的各該微電極元件中的微流體控制與位置感測電路、溫度控制電路及儲存電路各自可接收不同的訊號，因此可針對各訊號安排對應的致能時間區間，並針對不同的微電極元件提供不同的樣本操作設定及不同的加熱控制設定，使微電極晶片達成更為繁複的微流體檢測的相關運作。因此，採用本發明所提供的微電極元件、微電極陣列及微流體檢測方法進行微流體檢測，可因應不同檢測過程而彈性地控制檢測溫度，且能應用於各種不同領域以及不同檢測流程。
上述各實施方式係用以例示性地說明本發明的部分實施態樣，以及闡釋本發明的技術特徵，而非用來限制本發明的保護範疇及範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本發明所主張的範圍，本發明的權利保護範圍以申請專利範圍為準。
1:微電極元件
10:頂板
11:微流體電極
13:加熱電極
15:控制電路
151:微流體控制與位置感測電路
153:溫度控制電路
155:儲存電路
CLK:時脈
DI:輸入訊號
DO:輸出訊號
EN_F:微流體控制訊號
EN_S:位置控制訊號
EN_T:加熱控制訊號
S:基板
M1:第一金屬層
M2:第二金屬層
M3:第三金屬層
M4:第四金屬層
VS:電壓訊號
T1、T2、T3、T4、T5、T6:致能時間區間
2:微電極晶片
21:微電極陣列
P1、P2、P3:加熱圖案
S301、S303、S305、S307、S309:步驟
第1A圖描繪第一實施方式的微電極元件1的電路方塊圖。
第1B圖描繪第一實施方式的微電極元件1的側面剖視圖。
第1C圖描繪一具有四層金屬層的半導體結構的示意圖。
第1D圖描繪在某些實施方式中的加熱電極的形狀的示意圖。
第1E圖描繪在某些實施方式中用以控制微電極元件1的作動的訊號時序圖。
第2A圖描繪第二實施方式的微流體晶片2的俯視圖。
第2B圖描繪第二實施方式的微流體晶片2的側面剖視圖。
第2C圖描繪在某些實施方式中用以控制微電極陣列21的作動的訊號時序圖。
第2D圖描繪用以切割待測樣本的樣本操作設定的示意圖。
第2E圖描繪用以移動及分群待測樣本的樣本操作設定的示意圖。
第2F圖描繪用以移動及混合待測樣本的樣本操作設定的示意圖。
第2G圖、第2H圖及第2I圖分別描繪該等儲存電路155可讀入的該等加熱控制設定的示意圖。
第2J圖描繪該等儲存電路155可讀入的另一類加熱控制設定的示意圖。
第3圖描繪第三實施方式的微流體檢測方法的主要流程圖。
無
1:微電極元件
10:頂板
11:微流體電極
13:加熱電極
15:控制電路
151:微流體控制與位置感測電路
153:溫度控制電路
155:儲存電路
CLK:時脈
DI:輸入訊號
DO:輸出訊號
EN_F:微流體控制訊號
EN_S:位置控制訊號
EN_T:加熱控制訊號
Claims (19)
- 一種微電極元件，包含： 一微流體電極，設置於一頂板下方； 一加熱電極，設置於該微流體電極下方；以及 一控制電路，設置於該加熱電極下方，且包含： 一溫度控制電路，耦接至該加熱電極； 一儲存電路，於一時脈的一第一致能時間區間讀入一樣本操作設定；及 一微流體控制與位置感測電路，耦接至該微流體電極，於一微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據該樣本操作設定進行一樣本操作，且於一位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及該微流體電極間的一電容值並將該電容值儲存於該儲存電路； 其中，該儲存電路於該時脈的一第四致能時間區間輸出該電容值，且於該時脈的一第五致能時間區間讀入一加熱控制設定， 其中，該溫度控制電路於一加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據該加熱控制設定決定該溫度控制電路的一開關狀態。
- 如請求項1所述的微電極元件，其中當該溫度控制電路的該開關狀態為開啟時，該加熱電極進行加熱。
- 如請求項1所述的微電極元件，其中當該溫度控制電路的該開關狀態為關閉時，該加熱電極不作動。
- 如請求項1所述的微電極元件，其中該第二致能時間區間晚於該第一致能時間區間，該第三致能時間區間晚於該第二致能時間區間，該第四致能時間區間晚於該第三致能時間區間，該第五致能時間區間晚於該第四致能時間區間，且該第六致能時間區間晚於該第五致能時間區間。
- 一種微流體晶片，包含： 一頂板； 以及 一微電極點陣列，設置於該頂板下方，且包含複數個串接的微電極元件， 其中，各該微電極元件包含： 一微流體電極，設置於該頂板下方； 一加熱電極，設置於該微流體電極下方；以及 一控制電路，設置於該加熱電極下方，且包含： 一溫度控制電路，耦接至該加熱電極； 一儲存電路，於一時脈的一第一致能時間區間讀入一樣本操作設定；以及 一微流體控制與位置感測電路，耦接至該微流體電極，於一微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據該樣本操作設定進行一樣本操作，且於一位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及該微流體電極間的一電容值並將該電容值儲存於該儲存電路； 其中，該儲存電路於該時脈的一第四致能時間區間輸出該電容值，且於該時脈的一第五致能時間區間讀入一加熱控制設定， 其中，該溫度控制電路於一加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據該加熱控制設定決定該溫度控制電路的一開關狀態。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中各該微電極元件具有一輸入端及一輸出端，且除了該等該微電極元件中的第一個，各該微電極元件的該輸入端耦接至前一個微電極的該輸出端。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中該第一致能時間區具有複數個子致能時間區間，該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件的該等儲存電路，俾各該儲存電路於對應的該子致能時間區間讀入對應的該樣本操作設定。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中該第四致能時間區具有複數個子致能時間區間，該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件的該等儲存電路，俾各該儲存電路於對應的該子致能時間區間輸出對應的該電容值。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中該第五致能時間區具有複數個子致能時間區間，該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件的該等儲存電路，俾各該儲存電路於對應的該子致能時間區間讀入對應的該加熱控制設定。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中針對各該微電極元件，當對應的該溫度控制電路的該開關狀態為開啟時，對應的該加熱電極進行加熱。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中針對各該微電極元件，當對應的該溫度控制電路的該開關狀態為關閉時，對應的該加熱電極不作動。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中該第二致能時間區間晚於該第一致能時間區間，該第三致能時間區間晚於該第二致能時間區間，該第四致能時間區間晚於該第三致能時間區間，該第五致能時間區間晚於該第四致能時間區間，且該第六致能時間區間晚於該第五致能時間區間。
- 如請求項5所述的微流體晶片，其中該等微電極元件被區分為複數個群組，各該群組所包含的該等儲存電路所讀入的該等加熱控制設定對應至一加熱圖案，且該等加熱圖案不同。
- 一種微流體檢測方法，適用於一微流體晶片，該微流體晶片包含一頂板及一微電極點陣列，該微電極點陣列設置於該頂板下方，該微電極點陣列包含複數個串接的微電極元件，各該微電極元件包含一微流體電極、一加熱電極以及一控制電路，各該微流體電極設置於該頂板下方，各該加熱電極設置於對應的該微流體電極下方，各該控制電路設置於對應的該加熱電極下方，各該控制電路包含一微流體控制與位置感測電路、一儲存電路以及一溫度控制電路，各該微流體控制與位置感測電路耦接至對應的該微流體電極，各該溫度控制電路耦接至對應的該加熱電極，該微流體檢測方法包含下列步驟： (a) 提供一時脈至該等儲存電路； (b) 提供一微流體控制訊號至該等微流體控制與位置感測電路； (c) 提供一位置控制訊號至該等微流體控制與位置感測電路； (d) 提供複數個樣本操作設定，其中該等樣本操作設定一對一地對應至該等微電極元件；以及 (e) 提供複數個加熱控制設定，其中該等加熱控制設定一對一地對應至該等微電極元件； 其中，各該儲存電路於該時脈的一第一致能時間區間讀入對應的一樣本操作設定，各該微流體控制與位置感測電路於該微流體控制訊號的一第二致能時間區間依據對應的該樣本操作設定進行對應的一樣本操作，各該微流體控制與位置感測電路於該位置控制訊號的一第三致能時間區間偵測該頂板及對應的該微流體電極間對應的一電容值並將對應的該電容值儲存於對應的該儲存電路，各該儲存電路於該時脈的一第四致能時間區間輸出對應的該電容值，各該儲存電路於該時脈的一第五致能時間區間讀入對應的一加熱控制設定，且各該溫度控制電路於該加熱控制訊號的一第六致能時間區間依據對應的該加熱控制設定決定對應的該溫度控制電路的一開關狀態。
- 如請求項14所述的微流體檢測方法，其中該第一致能時間區具有複數個子致能時間區間，該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件的該等儲存電路，俾各該儲存電路於對應的該子致能時間區間讀入對應的該樣本操作設定。
- 如請求項14所述的微流體檢測方法，其中該第四致能時間區具有複數個子致能時間區間，該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件的該等儲存電路，俾各該儲存電路於對應的該子致能時間區間輸出對應的該電容值。
- 如請求項14所述的微流體檢測方法，其中該第五致能時間區具有複數個子致能時間區間，該等子致能時間區間一對一地對應至該等微電極元件的該等儲存電路，俾各該儲存電路於對應的該子致能時間區間讀入對應的該加熱控制設定。
- 如請求項14所述的微流體檢測方法，其中該第二致能時間區間晚於該第一致能時間區間，該第三致能時間區間晚於該第二致能時間區間，該第四致能時間區間晚於該第三致能時間區間，該第五致能時間區間晚於該第四致能時間區間，且該第六致能時間區間晚於該第五致能時間區間。
- 如請求項14所述的微流體檢測方法，其中該等微電極元件被區分為複數個群組，各該群組所包含的該等儲存電路所讀入的該等加熱控制設定對應至一加熱圖案，且該等加熱圖案不同。
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