TWM596046U - 準軟式捕捉裝置及其準軟式捕捉器 - Google Patents

Abstract

本創作公開一種準軟式捕捉裝置及其準軟式捕捉器，其中準軟式捕捉器包括一基底以及多個凸狀結構，用以從一檢體捕捉至少一個目標生物微粒。基底具有一基板面，且多個凸狀結構在基板面上呈規則排列。每一個凸狀結構包括一用以接觸目標生物微粒的外端部以及一連接外端部與基板面的內端部，且內端部的結構強度相較於外端部的結構強度較為脆弱易於破壞。定義多個凸狀結構所在位置以外的區域為空隙區域，其占基板面總面積的20%至80%。

Description

準軟式捕捉裝置及其準軟式捕捉器

本創作涉及一種捕捉器，特別是涉及一種準軟式捕捉器，以及使用其的準軟式捕捉裝置。

近年來，非侵入式運用捕捉稀有細胞來進行非侵入式檢測已應用在不同類型的輔助診斷中，例如早期癌病程追蹤與轉移診斷或產前檢測。

循環腫瘤細胞(circulating tumor cells, CTC)是從原發腫瘤上脫落並且侵入組織基質以進入血液循環系統的腫瘤細胞，其為癌症病程追中與癌轉移的生物指標。因此，CTC檢測可以提供癌症轉移與病程追蹤、預期患者預後狀況以及接受不同癌症治療後效果的有效評估，更進一步能加速藥廠藥品開發，近幾年相關研究與應用也愈來越多。

另外，研究發現，在孕婦的血液中會有來自胎兒的有核紅血球(nucleated red blood cell, NRBC)，其可以作為產前胎兒健康檢測的目標細胞。此法使取得母親的血液中的胎兒有核紅血球，此為胎兒本體細胞，具有完整的生物訊號，用來輔助診斷胎兒基因或染色體異常，可作為流產率較高的侵入式產前診斷方法，如羊膜腔穿刺術(amniocentesis)、及絨毛膜取樣(chorionic villus sampling, CVS)以外另一種選擇。

然而，不論是循環腫瘤細胞或是胎兒有核紅血球，其在血液中的含量非常稀少，因此在捕捉與篩選目標細胞上非常困難。在現有技術中，會使用離心、免疫磁珠技術以及微流道技術來進行純化分離出稀有細胞，然而，離心法在多次液體轉移所造成的目標細胞丟失，免疫磁珠技術容易讓稀有細胞因為碰撞而損傷，微流道技術容易因為流道所產生剪力而造成細胞堆積成團而造成低捕獲率。而且，要從利用免疫磁珠技術以及微流道技術分離出完好的單一稀有細胞來進行後續的試驗分析的成功率極低。

故，如何通過結構設計的改良，來提升稀有細胞的捕獲率以及有效取得完好無損的單一稀有細胞，來克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。

本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種準軟式捕捉器，其可以有效捕獲目標生物微粒，並且可以將目標生物微粒完好無缺地從準軟式捕捉器上分離。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的其中一技術方案是，提供一種準軟式捕捉器，用以從一檢體捕捉至少一個目標生物微粒，所述準軟式捕捉器包括一基底、多個凸狀結構以及一空隙區域。所述基底具有一基板面，且所述多個凸狀結構由所述基板面延伸成型且呈規則排列。其中，每一個所述凸狀結構包括一用以接觸所述目標生物微粒的外端部以及一連接所述外端部與所述基板面的內端部，且所述內端部的結構強度低於所述外端部的結構強度。其中，定義所述多個所述凸狀結構所在位置以外的區域為一空隙區域，且所述空隙區域占所述基板面總面積的20%至80%。

在本創作其中一實施例中，相鄰的兩個所述外端部的間距為0.2微米至2微米。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構的所述外端部的平均外徑為0.6微米至2微米。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構的所述外端部的高度為0.1微米至5微米，且所述凸狀結構的所述內端部的高度為2微米至15微米。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構的外端部呈圓柱狀、圓頂柱狀、角柱狀、截頂圓錐狀或平頭角錐狀。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構的所述內端部具有至少一個結構脆弱點。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構為矽所形成，且所述內端部的晶體結構小於所述外端部的晶體結構。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構為玻璃所形成。

在本創作其中一實施例中，多個所述凸狀結構在所述基板面上排成陣列。

在本創作其中一實施例中，其中一些所述凸狀結構在所述基板面上分佈成一第一凸狀結構群，所述第一凸狀結構群在所述基板面上定義出一對應所述目標生物微粒的N邊形捕捉區域，N大於或等於3。

在本創作其中一實施例中，另外一些所述凸狀結構在所述基板面上分佈成一第二凸狀結構群，所述第二凸狀結構群在所述基板面上定義出一位於所述N邊形捕捉區域附近的緩衝區域，且所述緩衝區域小於所述N邊形捕捉區域。

在本創作其中一實施例中，N邊形捕捉區域的N大於等於8且小於等於12。

在本創作其中一實施例中，所述凸狀結構上修飾有一對所述目標生物微粒具有專一性的分子團。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外一技術方案是，提供一種準軟式捕捉裝置，其包括兩個具有前述構造的準軟式捕捉器，且兩個準軟式捕捉器對應接合，而於其間形成一腔室用以容納所述檢體。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外再一技術方案是，提供一種具有前述構造的準軟式捕捉裝置的使用方法，其包括以下步驟。首先，將一檢體置入所述準軟式捕捉裝置的所述腔室，其中所述檢體含有一檢體液以及一分散於所述檢體液中的至少一目標生物微粒。接著，使所述檢體在所述腔室中流動，藉以讓所述準軟式捕捉器捕捉至少一所述目標生物微粒。其中，所述準軟式捕捉器的多個凸狀結構的外端部與至少一所述目標生物微粒交互反應來進行捕捉。接下來，去除所述檢體液。最後，利用機械方式截斷捕捉到目標生物微粒的凸狀結構的內端部，藉以將所述目標生物微粒自所述準軟式捕捉器上分離。

本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的準軟式捕捉器以及篩選及分離生物微粒的方法，其能通過“所述多個凸狀結構在所述基板面上規則，其中每一個所述凸狀結構包括一用以接觸所述目標生物微粒的外端部以及一連接所述外端部與所述基板面的內端部，且所述內端部的結構強度低於所述外端部的結構強度”以及“所述空隙區域占所述基板面總面積的20%至80%”的技術方案，以提升單一個目標生物微粒的捕獲量以及將每一個單一個目標生物微粒完好無損地從準軟式捕捉器上分離，以便後續的分析試驗。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“準軟式捕捉裝置及其準軟式捕捉器”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

參閱圖1、圖6及圖7所示，本創作第一實施例提供一種準軟式捕捉器C，用以從一檢體捕捉至少一個目標生物微粒。準軟式捕捉器C包括一基底10、多個凸狀結構20以及一空隙區域30。準軟式捕捉器C的材質可以是半導體材料或生物相容性材料。舉例而言，半導體材料可以是矽(silicon)、玻璃、生物相容性材料可以是聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯[poly(methyl methacrylate), PMMA]、聚碳酸酯(polycarbonates, PC)、或聚苯乙烯(polystyrene, PS)。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

如圖1所示，基底10具有一基板面11，且多個凸狀結構20在基板面11上呈規則排列。每一個凸狀結構20可以是圓柱體、鈍圓錐體、多角柱體或鈍多角錐體，其中每一個凸狀結構20包括一用以接觸目標生物微粒外端部21以及一連接外端部21與基板面11的內端部22，且內端部22的結構強度低於外端部21的結構強度，而可以直接以物理方式破壞。值得一提的是，參閱圖1至圖5所示，外端部21的形狀可以呈圓柱狀、圓頂柱狀、角柱狀、截頂圓錐狀或平頭角錐狀；且外端部21的表面可以是粗糙表面或是平滑表面，可依據實際需求調整為最適合捕捉到目標生物微粒的狀態。值得注意的是，凸狀結構20的內端部22具有至少一個可以被機械直接破壞的結構脆弱點；在後續應用時，可通過一擷取裝置從結構脆弱點將凸狀結構20截斷，使外端部21與基底10分離。在本實施例中，凸狀結構20為矽晶體基材通過半導體微影蝕刻所形成，其中內端部22的結構因蝕刻造成結構鬆散，其結構密度會小於外端部21的結構密度，故內端部22較容易被破壞，但不限於此。

如圖6至圖7並搭配圖1所示，定義多個凸狀結構20所在基板面11上的位置區域以外的區域為空隙區域30；較佳地，空隙區域30占基板面11總面積的20%至80%。進一步而言，為了要形成預定大小的空隙區域30，相鄰的兩個凸狀結構20的外端部21可以是具有0.2微米至2微米的間距，且每一個凸狀結構20的外端部21的平均外徑可以是0.6微米至2微米；此外，考慮到凸狀結構20捕捉目標生物微粒的能力與截斷凸狀結構20的方便性，凸狀結構20的外端部21的高度可以是0.1微米至5微米，凸狀結構20的內端部22的高度可以是2微米至15微米。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

值得注意的是，本創作的準軟式捕捉器C即是通過規則排列的多個凸狀結構20與空隙區域30相互配合，以形成一準軟式(quasi-soft)結構；當準軟式捕捉器C在和檢體接觸時，目標生物微粒能有效地貼附於凸狀結構20的外端部21上，而不會被刺穿或刮傷。

圖6顯示準軟式捕捉器C的其中一種實現方式，如圖6所示，多個凸狀結構20在基底10的基板面11上排列成矩形陣列，其中每一個凸狀結構20為一方柱體。圖7顯示準軟式捕捉器C的另外一種實現方式，如圖7所示，多個凸狀結構20在基板面11上呈規則排列且彼此交錯排列，其中每一個凸狀結構20是六角柱體。

此外，凸狀結構20上可以修飾有對目標生物微粒具有專一性的分子團，例如：抗體、受體或特異性標記物等，但不以此為限。

[第二實施例]

參閱圖8至圖10所示，本創作第二實施例提供一種準軟式捕捉器C’，其類似於第一實施例的準軟式捕捉器C，主要差異在於：第二實施例的準軟式捕捉器C’中，其中一些凸狀結構20在基板面11上分佈成多個第一凸狀結構群200，且每一個第一凸狀結構群200在基板面11上定義出一對應目標生物微粒的N邊形捕捉區域，N大於或等於3，較佳為大於等於8且小於等於12。如圖8所示，一些凸狀結構20在基板面11上沿一四邊形的輪廓分佈而形成第一凸狀結構群200，即這些凸狀結構20所對應的捕捉區域為四邊形。

需要說明的是，第一凸狀結構群200的大小可以因應目標生物微粒的大小而有所變化。舉例而言，若目標生物微粒是循環腫瘤細胞或一般細胞，則N邊形捕捉區域的外徑約為10微米至100微米；若目標生物微粒是有核紅血球，則N邊形捕捉區域的外徑約為6微米至9微米；若目標生物微粒是細菌，則N邊形捕捉區域的外徑約為2微米至3微米。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

在本創作第二實施例的準軟式捕捉器C’中，另外一些凸狀結構20可以在基板面11上分佈成多個第一凸狀結構群200，第一凸狀結構群200在基板面11上定義出一位於N邊形捕捉區域附近的緩衝區域，且緩衝區域小於所述N邊形捕捉區域。需要說明的是，緩衝區域並不特意用於捕捉目標生物微粒，且第二凸狀結構群210所對應的緩衝區域小於第一凸狀結構群200所對應的捕捉區域。

進一步而言，第二凸狀結構群210的作用是為了避免目標生物微粒陷入相鄰的第一凸狀結構群200之間的縫隙中。圖9顯示本實施例的準軟式捕捉器C’的其中一種實現方式，如圖9所示，一些凸狀結構20在基板面11上沿一六邊形的輪廓分佈而形成第一凸狀結構群200，且另外一些凸狀結構20在基板面11上分佈形成呈現梯形的第二凸狀結構群210。圖10顯示本實施例的準軟式捕捉器C’的另外一種實現方式，如圖10所示，一些凸狀結構20在基板面11上沿一八邊形的輪廓分佈而形成第一凸狀結構群200，且另外一些凸狀結構20在基板面11上分佈形成呈現菱形的第二凸狀結構群210。

[第三實施例]

參閱圖11所示，本創作第三實施例提供一種準軟式捕捉裝置D，其包括兩個本創作實施例的準軟式捕捉器C’，兩個準軟式捕捉器C’對應接合，而於其間形成一密閉的腔室40用以容納所述檢體。

[第四實施例]

請參閱圖12至圖13所示，本創作第四實施例具有前述構造的準軟式捕捉裝置D的使用方法，其包括以下步驟。

首先，如圖12所示，將一檢體S置入準軟式捕捉裝置D的腔室40，其中檢體S含有一檢體液以及一分散於檢體液中的至少一個目標生物微粒T。在其中一具體實施例中，是利用一具有一注入孔的膠體密封條將兩個準軟式捕捉器C’密封接合，而後將檢體S通過注入孔充滿於準軟式捕捉裝置D的腔室40。檢體S可以是來自於動物或植物的液態檢體，例如：動物的血液、尿液、淋巴液、唾液或植物的組織萃取液等。目標生物微粒T可以是特定的細胞、微生物或蛋白質，例如：循環腫瘤細胞(circulating tumor cells, CTC)、胎兒滋養層細胞、胎兒核紅血球細胞(fetal nucleated red blood cells, FNRBC)、病毒顆粒、細菌或抗原等。然而，這些細節只是本實施例所提供可行的實施方式，而並非用以限定本創作。

接下來，使檢體S在腔室40中流動，藉以讓準軟式捕捉裝置D捕捉多個目標生物微粒T，其中，準軟式捕捉裝置D是利用多個凸狀結構20的外端部21與多個目標生物微粒T發生交互反應來進行捕捉。

進一步而言，驅使檢體S流動的方式，可以是準軟式捕捉裝置D被一驅動裝置或載具緩慢翻轉，或是利用不均勻的電場發生介電泳現象讓檢體S在腔室40中流動。詳細而言，由於本創作的準軟式捕捉裝置D中的準軟式捕捉器C’是準軟式結構，可以讓檢體S中的多個目標生物微粒T有效地在腔室40中擾動而不會破壞目標生物微粒T的完整性，減少受剪力影響讓目標生物微粒T損傷使其生物訊號丟失。在其中一具體實施例中，可以先將準軟式捕捉裝置D靜置10分鐘後，再翻轉至另一面，然後靜置10分鐘，讓相對設置的兩個準軟式捕捉器C’都可以有效補獲目標生物微粒T。

值得注意的是，在多個凸狀結構20的外端部21上可以修飾有對目標生物微粒T具有專一性的分子團，意即，目標生物微粒T會與分子團產生專一性鍵結(specific binding)，進而讓目標生物微粒T被捕獲在多個凸狀結構20的外端部21上。在其中一具體實施例中，可以讓檢體S中的目標生物微粒T先和帶有生物素(biotin)的抗體結合，而凸狀結構20的外端部21上可以修飾有對生物素具有專一性的鏈黴抗生物素蛋白(streptavidin)，因此，當生物素與鏈黴抗生物素蛋白產生專一性鍵結時，目標生物微粒T就會停留在第一凸狀結構群200所形成的捕捉區域上。

接下來，去除檢體液。在此步驟中，可進一步使用此技術領域中合適的溶液(例如：PBS)潤洗準軟式捕捉裝置D，以確保準軟式捕捉器C’上只有目標生物微粒T。根據實際需要，可以將目標生物微粒T進行螢光染色，以方便確認目標生物微粒T的所在位置。在本實施例中，目標生物微粒T捕獲完畢後，即可將兩個對應接合的準軟式捕捉器C’分離。

最後，請參閱圖13所示，利用一擷取裝置P，其截斷捕捉到目標生物微粒T的凸狀結構20的內端部22，藉以將目標生物微粒T自準軟式捕捉裝置P上取下。詳細而言，擷取裝置P是以物理方式從內端部22直接破壞凸狀結構20，即將凸狀結構20截斷，使外端部21連同捕捉到的目標生物微粒T一起與基底10分離，進而將目標生物微粒T完好無損地從準軟式捕捉器C’上分離出來。

[實施例的有益效果]

本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的準軟式捕捉器以及篩選及分離生物微粒的方法，其能通過“所述多個凸狀結構在所述基板面上規則，其中每一個所述凸狀結構包括一用以接觸所述目標生物微粒的外端部以及一連接於所述外端部與所述基板面之間的內端部，且所述內端部的結構強度低於所述外端部的結構強度”以及“所述空隙區域占所述基板面總面積的20%至80%”的技術方案，以提升單一個目標生物微粒的捕獲量以及將每一個單一個目標生物微粒完好無損地從準軟式捕捉器上分離出來，以便後續的分析試驗。

更進一步來說，本創作的準軟式捕捉器可以確保目標生物微粒在保持完整的情況下獲得極高的捕獲率。再者，利用內端部的強度低於外端部的強度，可以讓擷取裝置輕鬆地從內端部的位置截斷，以確保目標生物微粒可以順利從準軟式捕捉器上分離，而不被刺破或刮傷。值得注意的是，通過本創作的準軟式捕捉器，除了適合高通量分析以外，可以在有限的檢體量中捕獲目標生物微粒，並且可以有效將目標生物微粒自準軟式捕捉器上取下並直接進行接續的試驗或分析，因此，不需要重新再採集檢體分離目標生物微粒，進而達到節省檢測的作業成本以及時間的效果。

以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的申請專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。

C、C’:準軟式捕捉器 D:準軟式捕捉裝置 S:檢體 T:目標生物微粒 P:擷取裝置 10:基底 11:基板面 20:凸狀結構 21:外端部 22:內端部 200:第一凸狀結構群 210:第二凸狀結構群 30:空隙區域 40:腔室

圖1為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的側視放大示意圖。

圖2為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的側視放大示意圖。

圖3為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的側視放大示意圖。

圖4為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的側視放大示意圖。

圖5為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的側視放大示意圖。

圖6為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的俯視示意圖。

圖7為本創作第一實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的俯視示意圖。

圖8為本創作第二實施例的準軟式捕捉器的另外一種態樣的俯視示意圖。

圖9為本創作第二實施例的準軟式捕捉器的其中一種態樣的俯視示意圖。

圖10為本創作第二實施例的準軟式捕捉器的另外一種態樣的俯視示意圖。

圖11為本創作第三實施例的準軟式捕捉裝置的側視示意圖。

圖12為本創作篩選及分離生物微粒的方法的實施狀態示意圖。

圖13為本創作篩選及分離生物微粒的方法中，擷取裝置將目標生物微粒自準軟式捕捉裝置取下的實施狀態示意圖。

C:準軟式捕捉器

10:基底

11:基板面

20:凸狀結構

21:外端部

22:內端部

Claims (14)

1. 一種準軟式捕捉器，用以從一檢體捕捉至少一個目標生物微粒，所述準軟式捕捉器包括： 一基底，具有一基板面；以及 多個凸狀結構，由所述基板面延伸成型且呈規則排列，其中每一所述凸狀結構包括一用以接觸所述目標生物微粒的外端部以及一連接所述外端部與所述基板面的內端部，且所述內端部的結構強度低於所述外端部的結構強度；其中，定義所述多個所述凸狀結構所在位置以外的區域為一空隙區域，且所述空隙區域占所述基板面總面積的20%至80%。
2. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，相鄰的兩個所述外端部的間距為0.2微米至2微米。
3. 如申請專利範圍第2項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構的所述外端部的平均外徑0.6微米至2微米。
4. 如申請專利範圍第3項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構的所述外端部的高度為0.1微米至5微米，且所述凸狀結構的所述內端部的高度為2微米至15微米。
5. 如申請專利範圍第3項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構的外端部呈圓柱狀、圓頂柱狀、角柱狀、截頂圓錐狀或平頭角錐狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構的所述內端部具有至少一個結構脆弱點。
7. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構為矽所形成，且所述內端部的晶體結構小於所述外端部的晶體結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構為玻璃所形成。
9. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，多個所述凸狀結構在所述基板面上排成陣列。
10. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，其中一些所述凸狀結構在所述基板面上分佈成多個第一凸狀結構群，且每一所述第一凸狀結構群在所述基板面上定義出一對應所述目標生物微粒的N邊形捕捉區域，N大於或等於3。
11. 如申請專利範圍第10項所述的準軟式捕捉器，其中，另外一些所述凸狀結構在所述基板面上分佈成一第二凸狀結構群，所述第二凸狀結構群在所述基板面上定義出一位於所述N邊形捕捉區域附近的緩衝區域，且所述緩衝區域小於所述N邊形捕捉區域。
12. 如申請專利範圍第10或11項所述的準軟式捕捉器，其中，8≤N≤12。
13. 如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，其中，所述凸狀結構上修飾有一對所述目標生物微粒具有專一性的分子團。
14. 一種準軟式捕捉裝置，其包括兩個如申請專利範圍第1項所述的準軟式捕捉器，兩個準軟式捕捉器對應接合，而於其間形成一腔室用以容納所述檢體。

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