TWI822246B - 載體均勻地分散的生物檢測裝置 - Google Patents

載體均勻地分散的生物檢測裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI822246B
TWI822246B TW111130495A TW111130495A TWI822246B TW I822246 B TWI822246 B TW I822246B TW 111130495 A TW111130495 A TW 111130495A TW 111130495 A TW111130495 A TW 111130495A TW I822246 B TWI822246 B TW I822246B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
carrier
tested
dielectric wetting
sample
biomolecule
Prior art date
Application number
TW111130495A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202348978A (zh
Inventor
鍾潤文
傅旭文
印秉宏
Original Assignee
大陸商廣州印芯半導體技術有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 filed Critical 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司
Application granted granted Critical
Publication of TWI822246B publication Critical patent/TWI822246B/zh
Publication of TW202348978A publication Critical patent/TW202348978A/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G01N21/6454—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates using an integrated detector array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • G01N33/5438—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54393—Improving reaction conditions or stability, e.g. by coating or irradiation of surface, by reduction of non-specific binding, by promotion of specific binding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427—Electrowetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/043—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces magnetic forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

一種載體均勻地分散的生物檢測裝置，包括影像感測元件、微結構及第一介電濕潤裝置。影像感測元件包括基板及單位像素，基板具有光接收表面，單位像素設置於基板內部且靠近光接收表面。微結構設置於光接收表面上並且形成凹槽，凹槽位於單位像素的上方。第一介電濕潤裝置包括第一介電濕潤電極，第一介電濕潤電極設置於光接收表面上且配置於凹槽外，或第一介電濕潤電極配置於基板上方。當第一介電濕潤電極通電時，第一介電濕潤電極藉由靜電力控制含有複數個載體的液滴在光接收表面上來回移動，使得載體均勻地分散在凹槽中，載體攜帶生物分子。

Description

載體均勻地分散的生物檢測裝置
本發明是涉及一種生物檢測裝置，尤其是一種載體均勻地分散的生物檢測裝置。
酵素連結免疫吸附分析法（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay，ELISA）或稱酵素免疫分析法（Enzyme-linked immunoassay，EIA）是所謂的專一性抗原抗體反應試驗，利用抗原與抗體之間所擁有的專一結合特性對檢體等待測樣本進行偵測，並配合酵素進行化學放光反應(Chemiluminescence)，即可顯示特定抗原或抗體是否存在，並可利用化學放光的強度進行定量分析，進而達到檢測篩選之目的。
生物晶片（biochip）是利用在光感測晶片上放置可以與待測生物分子產生特異性生化反應的生物材料，且能靈敏地偵測生化反應化學放光強弱將光訊號轉換成電訊號的微型光感測裝置， 生物晶片具有快速、精確、低成本之生物分析檢驗能力，在分子生物學，生物晶片可以同時感測數百個或數萬個生化反應產生的化學放光。
微流體晶片是一種在光感測晶片上形成微米尺度的微結構及/或微流道的生物晶片，利用層流精準地控制流體樣品的方向和體積量。微流體晶片具有以下數個優點：其一，容量小，節省試劑的用量；其二，體積小，方便攜帶；其三，低耗能，減少電源的供應；其四，易於定量，短時間內取得大量數據。
微流體晶片中的流體樣品可包含磁珠，將含有磁珠的液滴與待測樣本（例如，痰、唾液、組織、全血、血清等）在流道中混合，微流體晶片下方的磁鐵可藉由其磁力讓磁珠下沉至晶片表面。依據免疫學原理中的抗體抗原的高專一性親和力（antibody-antigen affinity），磁珠上的抗體能夠與待測樣本中的生物分子結合，藉由偵測生物分子上的螢光標記或化學發光標記所發射的光判斷生物分子的存在及/或濃度。
然而，流道僅能夠提供液滴單向流動，磁珠只能夠隨機分散在晶片表面，某些區域的磁珠較多，某些區域磁珠較少，無法均勻地分散在晶片表面，造成判斷生物分子的存在及/或濃度的準確度下降。
再者，微流體晶片的結構較為封閉，因而具有以下兩個缺點：其一，流道內的附著物無法被清洗，造成微流體晶片無法重複使用；其二，液滴的尺寸受限於入口的尺寸，造成液滴的尺寸難以掌控，無法藉由控制液滴的尺寸以限制磁珠的數量，可能會發生每個區域的磁珠的數量超出預期，降低判斷生物分子的存在及/或濃度的準確性。
此外，流道的高度或流道的表面的親水性較高等因素皆會降低液滴的移動順暢度。
又，微流體晶片不易製作，製作成本高。
本發明的主要目的在於提供一種載體均勻地分散的生物檢測裝置，藉由控制液滴移動，使得載體能夠均勻地分散在凹槽中。
為了達成前述的目的，本發明提供一種載體均勻地分散的生物檢測裝置，包括一影像感測元件、複數個微結構以及一第一介電濕潤裝置。該影像感測元件包括一基板及複數個單位像素，該基板具有一光接收表面，該等單位像素設置於該基板內部並且靠近該光接收表面，各該單位像素具有一光電轉換元件。該等微結構設置於該光接收表面上並且形成複數個凹槽，該等凹槽分別位於該等單位像素的上方。第一介電濕潤裝置包括複數個第一介電濕潤電極，該等第一介電濕潤電極設置於該光接收表面上並且配置於該等凹槽之外，或該等第一介電濕潤電極配置於該基板的上方。
本發明的功效在於，當該等第一介電濕潤電極通電時，該等第一介電濕潤電極產生一靜電力並且藉由該靜電力控制一含有複數個載體的液滴在該光接收表面上來回移動，使得該等載體均勻地分散在該等凹槽中，各該載體攜帶至少一生物分子。
以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
根據本發明，介電濕潤 （Electrowetting-on-dielectric, EWOD）是利用施加電壓差於電解質液滴與壁面上，使其改變原本的平衡狀態。利用此原理將壁面切割成許多區塊，控制其電壓差施加的區塊讓液滴連續改變平衡狀態以達到移動液滴的目的。
圖1是本發明的第一實施例的結構示意圖，圖2是本發明的第一實施例的俯視圖。如圖1和圖2所示，本發明提供一種生物檢測裝置1，包括一影像感測元件10、複數個微結構20及一第一介電濕潤裝置30。影像感測元件10包括一基板11及複數個單位像素12，基板11具有一光接收表面111，該等單位像素12設置於基板11內部並且靠近光接收表面111，各單位像素12具有一光電轉換元件（圖未示）。該等微結構20設置於光接收表面111上並且形成複數個凹槽21，該等凹槽21分別位於該等單位像素12的上方。第一介電濕潤裝置30包括複數個第一介電濕潤電極31，該等第一介電濕潤電極31設置於光接收表面111上並且配置於該等凹槽21之外。
圖3是含有複數個載體110的液滴100的示意圖，其中載體110攜帶生物分子120。如圖3所示，液滴100直接含有複數個載體110，各載體110攜帶至少一生物分子120。所述生物分子120可以例如為蛋白質、胜肽、抗體、核酸等。
具體來說，如圖3所示，載體110可以為一微粒子，藉由EDC/NHS反應，使諸如抗體的生物分子120與微粒子之間形成醯胺鍵而進行鏈結；再利用抗體、微粒子和待測樣本混合，藉以從待測樣本中抓取待測抗原；接著由已修飾的生物素（biotin）的二級抗體和抗原結合；生物素與鏈親合素(streptavidin)結合而帶入多個辣根過氧化物酶(horseadish peroxidase，HRP)分子；形成微粒子-抗體-抗原-抗體-biotin-streptavidin-polyHRP複合體。
圖4是本發明的第一實施例的控制液滴100移動的示意圖。如圖4所示，當該等第一介電濕潤電極31通電時，該等第一介電濕潤電極31產生一靜電力並且藉由靜電力控制液滴100在光接收表面111上來回移動。
圖5是載體110均勻地分散在本發明的第一實施例的凹槽21的示意圖。如圖4及圖5所示，液滴100在光接收表面111上來回移動的過程中，液滴100會重複多次通過該等凹槽21，使得該等載體110均勻地分散在該等凹槽21中，且各載體110攜帶至少一生物分子120。
圖6A和圖6B分別是使用本發明的第一實施例於偵測生物分子120的第一種方法和第二種方法的流程圖。如圖6A及圖6B所示，並請參考圖4及圖5，使用生物檢測裝置1於偵測生物分子120的方法包括下列步驟：透過ELISA等生物或化學分析，將標誌物、螢光標記、報導分子標記或化學發光標記添加於待測樣本中的生物分子120，並利用該等第一介電濕潤電極31的靜電力控制液滴100來回移動，使該等載體110均勻地分散於該等凹槽21中（步驟S11），再使該等單位像素12分別偵測單一個凹槽21中的一入射光（步驟S12），所述入射光為生物分子120的標誌物、螢光標記、報導分子標記或化學發光標記所發射的光，接著透過光電轉換元件將該等單位像素12中的每一個所接收的入射光以產生電子（步驟S13），並透過與該等單位像素12耦接的複數個讀出電路（圖未示）根據電子數量產生一電壓訊號（步驟S14），再根據電壓訊號分析生物分子120的存在及/或濃度。
利用生物檢測裝置1於分析生物分子120的存在及/或濃度時，除了可以透過類比比色法定量之外，亦即以該等單位像素12中的每一者所接收的單一個凹槽21中的入射光為單一個訊號讀值，以判斷生物分子120是否存在（步驟S151），或者再分別與標準濃度曲線進行比對以獲取生物分子120的濃度（步驟S161）；還可以透過數位法進行定量，亦即根據所設定的閥值（步驟S152），將測得的訊號讀值超過閥值的單位像素12定義為1（步驟S153），而未超過單位像素12則定義為0（步驟S154），最後計算單位像素12為1的總數並與標準濃度曲線進行比對（步驟S162），以更準確地獲取生物分子120的濃度。
值得一提的是，該等第一介電濕潤電極31配置於該等凹槽21之外，不會阻礙該等載體110進入該等凹槽21中，也不會影響該等單位像素12分別偵測單一個凹槽21中的入射光。
此外，生物檢測裝置1的結構較為開放，並且具有以下兩個優點：其一，該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面、該等第一介電濕潤電極31的外表面和裸露的光接收表面111等表面上的附著物都能夠被清洗乾淨，使得生物檢測裝置1能夠重複使用；其二，液滴100的尺寸易於掌控，藉由控制液滴100的尺寸以限制載體110的數量低於凹槽21的數量，使得每個凹槽21最多只會有一個載體110，也就是說，每個單位像素12只會偵測到一個載體110的生物分子120的入射光，提升判斷生物分子120的存在及/或濃度的準確性。
如圖1所示，在第一實施例中，生物檢測裝置1更包括複數個磁鐵40，該等磁鐵40設置於基板11內部並且分別配置於該等凹槽21的下方，各磁鐵40的磁力範圍涵蓋各凹槽21。如圖3所示，微粒子較佳為1至3μm的磁珠，且磁珠可以使用由諸如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)等磁性元素、諸如釹鐵硼(Nb-Fe-B)等鐵磁性的合金、或諸如四氧化三鐵(Fe3O4)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化亞鐵(FeO)等鐵氧化物的磁性材料。如圖4及圖5所示，液滴100在光接收表面111上來回移動的過程中，液滴100會重複多次通過該等凹槽21，且該等磁鐵40的磁力會吸引磁珠下沉進入該等凹槽21中，使得磁珠均勻地分散在該等凹槽21中。
在一些實施例中，微粒子也可使用非磁性材料，如金(Au)、瓊脂糖(sepharose)、聚苯乙烯(polystyrene)、二氧化矽(SiO2)，因而這些實施例的生物檢測裝置不包括磁鐵40。
如圖1及圖2所示，在第一實施例中，各微結構20是微透鏡。在一些實施例中，各微結構20呈現蜂槽狀或倒金字塔狀等各種可能的幾何形狀。
圖7是本發明的第二實施例的結構示意圖。如圖7所示，第二實施例的生物檢測裝置1A與第一實施例的生物檢測裝置1的差別在於：生物檢測裝置1A包括一磁鐵41，磁鐵41配置於基板11的下方並且其磁力範圍涵蓋該等凹槽21。相較於第一實施例，因為基板11的尺寸較小，所以第二實施例的生物檢測裝置1A將尺寸較大的一塊磁鐵41設置在基板11的下方，製作難度較低，降低製造成本，且還具有同樣的功效。
圖8是本發明的第三實施例的結構示意圖。如圖8所示，第三實施例的生物檢測裝置1B與第二實施例的生物檢測裝置1A的差別在於：生物檢測裝置1B更包括一疏水層50，疏水層50覆蓋在該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面、該等第一介電濕潤電極31的外表面以及裸露的光接收表面111。藉此，疏水層50的疏水性能夠增加液滴100在疏水層50的表面上的移動順暢度。
圖9是本發明的第四實施例的結構示意圖。如圖9所示，第四實施例的物檢測裝置1C與第一至第三實施例的生物檢測裝置1、1A、1B的差別在於：其一，第一介電濕潤裝置30包括一第一板體32，第一板體32配置於基板11的上方並且開設一入口321及一出口322，該等第一介電濕潤電極31設置於第一板體32的底面，出口322連接一真空裝置（圖未示）；其二，生物檢測裝置1C更包括一封閉層51，封閉層51設置於第一板體32與基板11之間，且封閉層51、第一板體32與基板11共同構成一腔室52，入口321與出口322分別與腔室52相通；其三，該等第一介電濕潤電極31、該等單位像素12與該等微結構20皆位於腔室52中並且配置於入口321與出口322之間。
圖10是本發明的第四實施例的控制液滴100移動的示意圖。如圖10所示，真空裝置藉由出口322對腔室52抽氣以產生真空並且提供一負壓，含有複數個載體110的液滴100受到負壓的吸引而從入口321進入腔室52並且從出口322離開腔室52。當液滴100進入腔室52時，該等第一介電濕潤電極31通電，該等第一介電濕潤電極31產生一靜電力並且藉由靜電力控制液滴100在光接收表面111上來回移動。
圖11是載體110均勻地分散在本發明的第四實施例的凹槽21的示意圖。如圖10及圖11所示，液滴100在光接收表面111上來回移動的過程中，液滴100會重複多次通過該等凹槽21，使得該等載體110均勻地分散在該等凹槽21中，且各載體110攜帶至少一生物分子120。
如果腔室52的高度太高，該等第一介電濕潤電極31距離光接收表面111太遠，該等第一介電濕潤電極31的靜電力範圍將無法涵蓋到光接收表面111，進而無法控制液滴100移動。反之，如果腔室52的高度太低，該等第一介電濕潤電極31距離光接收表面111太近，則液滴100難以在腔室52中移動。
較佳地，腔室52的高度控制在10~20 。經實驗測試，此高度能夠讓該等第一介電濕潤電極31的靜電力範圍涵蓋到光接收表面111且液滴100能夠在腔室52中順暢地移動。
較佳地，封閉層51由UV液態膠照射紫外光固化而成。因此，封閉層51能夠將第一板體32和基板11結合固定，且具有良好的封閉效果。重要的是，生物檢測裝置1C可輕易地藉由控制UV液態膠的上膠量達到控制腔室52的高度的效果。然而，封閉層51的材質不以此為限。
較佳地，生物檢測裝置1C更包括一疏水層（圖未示），疏水層覆蓋在該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面以及裸露的光接收表面111。藉此，疏水層的疏水性能夠增加液滴100在疏水層的表面上的移動順暢度。
相較於生物檢測裝置1、1A、1B，因為生物檢測裝置1C的結構較為封閉，所以存在以下兩個缺點：其一，該等微結構20、該等單位像素12和裸露的光接收表面111都藏在腔室52中，造成該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面和裸露的光接收表面111等表面上的附著物都無法被清洗，從而生物檢測裝置1C無法重複使用；其二，液滴100的尺寸受限於入口321的尺寸，造成液滴100的尺寸難以掌控，無法藉由控制液滴100的尺寸以限制載體110的數量，可能會發生載體110的數量超過凹槽21的數量的情形，每個凹槽21可能會有兩個以上的載體110，也就是說，每個單位像素12會偵測到兩個以上的載體110的生物分子120的入射光，降低判斷生物分子120的存在及/或濃度的準確性。
圖12A和圖12B分別是本發明的第五實施例的結構示意圖和俯視圖。如圖12A和圖12B所示，第五實施例的生物檢測裝置1D與第四實施例的生物檢測裝置1C的差別在於：其一，生物檢測裝置1D不包含封閉層，且第一板體32A無入口和出口；其二，生物檢測裝置1D更包括一第二介電濕潤裝置60。第二介電濕潤裝置60包括複數個第二介電濕潤電極61、一第二板體62、一載體盤63及一待測樣本盤64，該等第二介電濕潤電極61設置於第二板體62的頂面，第二板體62設置於影像感測元件10的一側，載體盤63與待測樣本盤64皆設置於該等第二介電濕潤電極61的上方，待測樣本盤64配置於載體盤63與影像感測元件10之間，第一介電濕潤裝置30A延伸至待測樣本盤64的上方，載體盤63用以承載複數個載體110且各載體110未攜帶至少一生物分子120（參見圖13B），待測樣本盤64用以承載一含有至少一生物分子120的待測樣本130（參見圖13B）；其三，生物檢測裝置1D更包括一底座70及一電路板71，影像感測元件10、第二介電濕潤裝置60和磁鐵41皆設置在底座70上，電路板71設置於底座70的下方並且電性連接該等單位像素12，電路板71具有一微控制器單元（microcontroller unit，MCU）及相關電路，電路板71還可當作影像感測元件10的基板11的載板。
圖13A和圖13B分別是本發明的第五實施例的控制液滴移動的流程圖和示意圖。如圖13A和圖13B所示，第五實施例的控制液滴移動的流程如下：步驟S210，一噴嘴72將複數個載體110噴灑在載體盤63上且各載體110未攜帶至少一生物分子120；步驟S220，當該等第二介電濕潤電極61通電時，該等第二介電濕潤電極61產生一靜電力並且藉由靜電力控制一不含載體110的液滴100A在載體盤63的頂面上移動，使得液滴100A吸附該等載體110，以獲得一含有複數個載體110的液滴100B，各載體110未攜帶至少一生物分子120；步驟S230，該等第二介電濕潤電極61藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100B從載體盤63的頂面移動至待測樣本盤64的頂面，使得待測樣本130與含有複數個載體110的液滴100B混合，各載體110攜帶至少一生物分子120；步驟S240，當該等第二介電濕潤電極61斷電且該等第一介電濕潤電極31通電時，該等第一介電濕潤電極31產生一靜電力，該等第一介電濕潤電極31藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100從待測樣本盤64的頂面移動至光接收表面111；以及步驟S250，該等第一介電濕潤電極31藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100在光接收表面111上來回移動，使得該等載體110均勻地分散在該等凹槽21中，各載體110攜帶至少一生物分子120。
圖14是載體110均勻地分散在本發明的第五實施例的凹槽21的示意圖。如圖13及圖14所示，液滴100在光接收表面111上來回移動的過程中，液滴100會重複多次通過該等凹槽21，使得該等載體110均勻地分散在該等凹槽21中，且各載體110攜帶至少一生物分子120。
須知，載體110和生物分子120結合以後，生物分子120的標誌物、螢光標記、報導分子標記或化學發光標記會開始發光。相較於生物檢測裝置1、1A、1B、1C，因為生物檢測裝置1D能夠將噴灑載體110、液滴100吸附載體110、載體110結合生物分子120以及載體110分散在該等凹槽21中等程序連續完成，所以生物分子120剛開始發光時就隨著載體110進入凹槽21中，單位像素12馬上就能夠偵測到凹槽21中的入射光，並開始分析生物分子120的存在及/或濃度，準確性較高。
再者，生物檢測裝置1D的結構較為開放，並且具有以下兩個優點：其一，載體盤63的頂面、待測樣本盤64的頂面、該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面和裸露的光接收表面111等表面上的附著物都能夠被清洗乾淨，使得生物檢測裝置1D能夠重複使用；其二，液滴100的尺寸易於掌控，液滴100含有載體110的數量也易於掌控，從而液滴100的尺寸可控制在載體110的數量低於凹槽21的數量，每個凹槽21最多只會有一個載體110，也就是說，每個單位像素12只會偵測到一個載體110的生物分子120的入射光，提升判斷生物分子120的存在及/或濃度的準確性。
較佳地，生物檢測裝置1D更包括一疏水層50A，疏水層50A覆蓋在載體盤63的頂面、待測樣本盤64的頂面、該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面以及裸露的光接收表面111。藉此，疏水層50A的疏水性能夠增加液滴100、100A、100B在疏水層50A的表面上的移動順暢度。
圖15是本發明的第六實施例的結構示意圖。如圖15所示，第六實施例的生物檢測裝置1E與第五實施例的生物檢測裝置1D的差別在於：其一，第二介電濕潤裝置60A包括該等第二介電濕潤電極61、第二板體62和一承載盤65，無載體盤和待測樣本盤；其二，承載盤65設置於該等第二介電濕潤電極61的上方，承載盤65具有一載體區651及一待測樣本區652，待測樣本區652配置於載體區651與影像感測元件10之間，第一介電濕潤裝置30A延伸至待測樣本區652的上方，載體區651用以承載複數個載體110且各載體110未攜帶至少一生物分子120，待測樣本區652用以承載一含有至少一生物分子120的待測樣本130，疏水層50A覆蓋在承載盤65的頂面、該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面以及裸露的光接收表面111。
圖16是本發明的第六實施例的控制液滴移動的示意圖。如圖13A和圖16所示，第六實施例的控制液滴移動的流程如下：步驟S210，一噴嘴72將複數個載體110噴灑在載體區651上且各載體110未攜帶至少一生物分子120；步驟S220，當該等第二介電濕潤電極61通電時，該等第二介電濕潤電極61產生一靜電力並且藉由靜電力控制一不含載體110的液滴100A在載體區651的頂面上移動，使得液滴100A吸附該等載體110，以獲得一含有複數個載體110的液滴100B，各載體110未攜帶至少一生物分子120；步驟S230，該等第二介電濕潤電極61藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100B從載體區651的頂面移動至待測樣本區652的頂面，使得待測樣本130與含有複數個載體110的液滴100B混合，各載體110攜帶至少一生物分子120；步驟S240，當該等第二介電濕潤電極61斷電且該等第一介電濕潤電極31通電時，該等第一介電濕潤電極31產生一靜電力，該等第一介電濕潤電極31藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100從待測樣本區652的頂面移動至光接收表面111；以及步驟S250，該等第一介電濕潤電極31藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100在光接收表面111上來回移動，使得該等載體110均勻地分散在該等凹槽21中，各載體110攜帶至少一生物分子120。
圖17是本發明的第七實施例的結構示意圖。如圖17所示，第七實施例的生物檢測裝置1F與第五實施例的生物檢測裝置1D以及第六實施例的生物檢測裝置1E的差別在於：其一，第二介電濕潤裝置60B只有包含該等第二介電濕潤電極61和第二板體62，無載體盤、待測樣本盤和承載盤；其二，第二板體62具有一載體區621及一待測樣本區622，待測樣本區622配置於載體區621與影像感測元件10之間，第一介電濕潤裝置30A延伸至待測樣本區622的上方，載體區621用以承載複數個載體110且各載體110未攜帶至少一生物分子120，待測樣本區622用以承載一含有至少一生物分子120的待測樣本130，疏水層50A覆蓋在該等第二介電濕潤電極61的外表面、第二板體62的頂面、該等微結構20的外表面、該等單位像素12的頂面以及裸露的光接收表面111。
圖18是本發明的第七實施例的控制液滴移動的示意圖。如圖13A和圖18所示，第七實施例的控制液滴移動的流程如下：步驟S210，一噴嘴72將複數個載體110噴灑在載體區621上且各載體110未攜帶至少一生物分子120；步驟S220，當該等第二介電濕潤電極61通電時，該等第二介電濕潤電極61產生一靜電力並且藉由靜電力控制一不含載體110的液滴100A在載體區621的頂面上移動，使得液滴100A吸附該等載體110，以獲得一含有複數個載體110的液滴100B，各載體110未攜帶至少一生物分子120；步驟S230，該等第二介電濕潤電極61藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100B從載體區621的頂面移動至待測樣本區622的頂面，使得待測樣本130與含有複數個載體110的液滴100B混合，各載體110攜帶至少一生物分子120；步驟S240，當該等第二介電濕潤電極61斷電且該等第一介電濕潤電極31通電時，該等第一介電濕潤電極31產生一靜電力，該等第一介電濕潤電極31藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100從待測樣本區622的頂面移動至光接收表面111；以及步驟S250，該等第一介電濕潤電極31藉由靜電力進一步控制含有複數個載體110的液滴100在光接收表面111上來回移動，使得該等載體110均勻地分散在該等凹槽21中，各載體110攜帶至少一生物分子120。
值得一提的是，相較於微流體晶片，生物檢測裝置1~1F的結構皆易於製作，成本較低。
以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的發明精神下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護的範疇。
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F:生物檢測裝置
10:影像感測元件
11:基板
111:光接收表面
12:單位像素
20:微結構
21:凹槽
30,30A:第一介電濕潤裝置
31:第一介電濕潤電極
32,32A:第一板體
321:入口
322:出口
40,41:磁鐵
50,50A:疏水層
51:封閉層
52:腔室
60,60A,60B:第二介電濕潤裝置
61:第二介電濕潤電極
62:第二板體
621:載體區
622:待測樣本區
63:載體盤
64:待測樣本盤
65:承載盤
651:載體區
652:待測樣本區
70:底座
71:電路板
72:噴嘴
100,100A,100B:液滴
110:載體
120:生物分子
130:待測樣本
S11~14:步驟
S151~154:步驟
S161~162:步驟
S210~250:步驟
圖1是本發明的第一實施例的結構示意圖。 圖2是本發明的第一實施例的俯視圖。 圖3是含有複數個載體的液滴的示意圖，其中載體攜帶生物分子。 圖4是本發明的第一實施例的控制液滴移動的示意圖。 圖5是載體均勻地分散在本發明的第一實施例的凹槽的示意圖。 圖6A是使用本發明的第一實施例於偵測生物分子的第一種方法的流程圖。 圖6B是使用本發明的第一實施例於偵測生物分子的第二種方法的流程圖。 圖7是本發明的第二實施例的結構示意圖。 圖8是本發明的第三實施例的結構示意圖。 圖9是本發明的第四實施例的結構示意圖。 圖10是本發明的第四實施例的控制液滴移動的示意圖。 圖11是載體均勻地分散在本發明的第四實施例的凹槽的示意圖。 圖12A是本發明的第五實施例的結構示意圖。 圖12B是本發明的第五實施例的結構俯視圖。 圖13A是本發明的第五實施例的控制液滴移動的流程圖。 圖13B是本發明的第五實施例的控制液滴移動的示意圖。 圖14是載體均勻地分散在本發明的第五實施例的凹槽的示意圖。 圖15是本發明的第六實施例的結構示意圖。 圖16是本發明的第六實施例的控制液滴移動的示意圖。 圖17是本發明的第七實施例的結構示意圖。 圖18是本發明的第七實施例的控制液滴移動的示意圖。
1:生物檢測裝置
10:影像感測元件
11:基板
111:光接收表面
12:單位像素
20:微結構
21:凹槽
30:第一介電濕潤裝置
31:第一介電濕潤電極
40:磁鐵

Claims (7)

  1. 一種載體均勻地分散的生物檢測裝置，包括：一影像感測元件，包括一基板及複數個單位像素，該基板具有一光接收表面，該等單位像素設置於該基板內部並且靠近該光接收表面，各該單位像素具有一光電轉換元件；複數個微結構，設置於該光接收表面上並且形成複數個凹槽，該等凹槽分別位於該等單位像素的上方；一第一介電濕潤裝置，包括複數個第一介電濕潤電極以及一第一板體，該第一板體配置於該基板的上方，該等第一介電濕潤電極設置於該第一板體的底面並且配置於該基板的上方；以及一第二介電濕潤裝置，包括複數個第二介電濕潤電極及一第二板體，該等第二介電濕潤電極設置於該第二板體的頂面，該第二板體設置於該影像感測元件的一側，該第一介電濕潤裝置延伸至該第二介電濕潤裝置的上方，該第二介電濕潤裝置用以承載複數個載體且各該載體未攜帶至少一生物分子，該第二介電濕潤裝置用以承載一含有至少一生物分子的待測樣本。
  2. 如請求項1所述的生物檢測裝置，其中，該第二介電濕潤裝置更包括一載體盤及一待測樣本盤，該載體盤與該待測樣本盤皆設置於該等第二介電濕潤電極的上方，該待測樣本盤配置於該載體盤與該影像感測元件之間，該第一介電濕潤裝置延伸至該待測樣本盤的上方，該載體盤用以承載複數個載體且各該載體未攜帶該至少一生物分子，該待測樣本盤用以承載一含有至少一生物分子的待測樣本。
  3. 如請求項1所述的生物檢測裝置，其中，該第二介電濕潤裝置更包括一承載盤，該承載盤設置於該等第二介電濕潤電極的上方，該承載盤具有一載體區及一待測樣本區，該待測樣本區配置於該載體區與該影像感測元件之間，該第一介電濕潤裝置延伸至該待測樣本區的上方，該載體區用以承載複數個載體且各該載體未攜帶該至少一生物分子，該待測樣本區用以承載一含有至少一生物分子的待測樣本。
  4. 如請求項1所述的生物檢測裝置，其中，該第二板體具有一載體區及一待測樣本區，該待測樣本區配置於該載體區與該影像感測元件之間，該第一介電濕潤裝置延伸至該待測樣本區的上方，該載體區用以承載複數個載體且各該載體未攜帶該至少一生物分子，該待測樣本區用以承載一含有至少一生物分子的待測樣本。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的生物檢測裝置，更包括一疏水層，該疏水層覆蓋在該第二介電濕潤裝置的頂面、該等微結構的外表面、該等單位像素的頂面以及裸露的該光接收表面。
  6. 如請求項1所述的生物檢測裝置，更包括一封閉層，該封閉層設置於該第一板體與該基板之間，且該封閉層、該第一板體與該基板共同構成一腔室；其中，該第一板體開設一入口及一出口，該入口與該出口分別與該腔室相通，該等第一介電濕潤電極、該等單位像素與該等微結構皆位於該腔室中並且配置於該入口與該出口之間。
  7. 如請求項1所述的生物檢測裝置，更包括至少一磁鐵，該至少一磁鐵設置於該基板內部或下方，且該至少一磁鐵的磁力範圍涵蓋該等凹槽。
TW111130495A 2022-06-10 2022-08-12 載體均勻地分散的生物檢測裝置 TWI822246B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202263350880P 2022-06-10 2022-06-10
US63/350,880 2022-06-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI822246B true TWI822246B (zh) 2023-11-11
TW202348978A TW202348978A (zh) 2023-12-16

Family

ID=89077327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111130495A TWI822246B (zh) 2022-06-10 2022-08-12 載體均勻地分散的生物檢測裝置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230400429A1 (zh)
CN (1) CN117250343A (zh)
TW (1) TWI822246B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140262783A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical detection for bio-entities
TW201632261A (zh) * 2014-12-05 2016-09-16 明強 吳 具有整合式網狀接地的單邊光激微流體元件
US20200319135A1 (en) * 2018-04-26 2020-10-08 Shih-Kang Fan Microfluidic chip and manufacturing method thereof and integrated microfluidic chip system
US20210098521A1 (en) * 2017-12-26 2021-04-01 Illumina, Inc. Image sensor structure
WO2021211754A2 (en) * 2020-04-15 2021-10-21 Quanterix Corporation Methods and systems related to highly sensitive assays and delivering capture objects

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140262783A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Optical detection for bio-entities
TW201632261A (zh) * 2014-12-05 2016-09-16 明強 吳 具有整合式網狀接地的單邊光激微流體元件
US20210098521A1 (en) * 2017-12-26 2021-04-01 Illumina, Inc. Image sensor structure
US20200319135A1 (en) * 2018-04-26 2020-10-08 Shih-Kang Fan Microfluidic chip and manufacturing method thereof and integrated microfluidic chip system
WO2021211754A2 (en) * 2020-04-15 2021-10-21 Quanterix Corporation Methods and systems related to highly sensitive assays and delivering capture objects

Also Published As

Publication number Publication date
US20230400429A1 (en) 2023-12-14
CN117250343A (zh) 2023-12-19
TW202348978A (zh) 2023-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8685754B2 (en) Droplet actuator devices and methods for immunoassays and washing
WO2020010913A1 (zh) 一种微流控检测芯片及其制备方法、固定装置和离心式检测装置
Tayyab et al. Potential microfluidic devices for COVID-19 antibody detection at point-of-care (POC): A review
JPWO2004036194A1 (ja) 分析チップおよび分析装置
CN101587123A (zh) 带有一维自组装磁珠链电极的诊断霍乱专用微流控芯片
JP2008522170A (ja) 粒子に基づく結合アッセイ法
US7718355B2 (en) Method of detecting pathogenic microorganism in real-time, using modified flow-type surface plasmon resonance biosensor
CN111060683B (zh) 一种多重免疫分子检测方法及试剂盒
US20100253323A1 (en) Magnetic washing for biosensor
CN112858670B (zh) 一种多重数字化elisa检测方法及微流控芯片
TWI822246B (zh) 載體均勻地分散的生物檢測裝置
Sun et al. Design and fabrication of a microfluidic chip to detect tumor markers
US20100248383A1 (en) Combined optical and electrical sensor cartridges
JPH10332593A (ja) 電気化学発光検出セル
CN113769806B (zh) 一种微流控芯片及其制备方法与结合两步微球竞争法在c-反应蛋白检测中的应用
US20080311679A1 (en) Biosensor Device
US9081005B2 (en) Biochip
KR100952194B1 (ko) 자기영동 기반의 생체 분자 다중검출 미세 유체 칩 및 이를이용한 생체 분자 분석장치 및 분석방법
JP2023522223A (ja) 高感度アッセイおよび捕捉物体を送達することに関する方法およびシステム
JP2014530355A (ja) 免疫学的タンパク質、病原性及び微生物因子並びに細胞の検出及び定量化用装置及び方法
CN115684580B (zh) 基于磁控的微球阵列芯片、检测组件和检测系统、方法
TWI821935B (zh) 生物檢測裝置及包含該裝置的生物檢測系統
KR20120046616A (ko) 생화학적 결합반응의 간편한 측정이 가능한 바이오 센싱 칩 및 이를 이용한 바이오 마커의 측정 방법
Choi et al. Portable microfluidic immunoassay platform for the detection of inflammatory protein biomarkers
Tekin et al. Microfluidic device for analysis of protein biomarkers using magnetic bead surface coverage detection