微流體檢驗(yàn)裝置及其運(yùn)作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明關(guān)于一種微流體檢驗(yàn)裝置及其運(yùn)作方法，特別是指一種在離心系統(tǒng)下傳送 定量流體的裝置及其運(yùn)作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在傳統(tǒng)檢測(cè)中，樣本前處理與樣本定量是項(xiàng)費(fèi)力繁瑣的工作，需仰賴(lài)大型儀器與 專(zhuān)業(yè)人員方能取得適合進(jìn)行檢測(cè)的樣本。這些設(shè)備成本及人事成本大幅提高檢測(cè)部門(mén)的建 置門(mén)檻，往往只有研究機(jī)構(gòu)或大型醫(yī)院具備足夠的能力及資金自行完成樣本檢測(cè)。相反地， 處于第一線(xiàn)的小型實(shí)驗(yàn)室、診所礙于成本，只能委托專(zhuān)業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)取得報(bào)告，如此一來(lái)一往 的運(yùn)輸過(guò)程將耗費(fèi)大量時(shí)間成本，同時(shí)容易導(dǎo)致樣本變質(zhì)、檢測(cè)質(zhì)量降低等問(wèn)題。
[0003] 為克服上述缺點(diǎn)，近年來(lái)市場(chǎng)上發(fā)展出一系列的實(shí)驗(yàn)室芯片（Lab-on-a-chip)產(chǎn) 品，著重檢驗(yàn)快速、儀器體積小、樣本需求量小、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。這趨勢(shì)也推動(dòng)近代近患者 生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)（P〇int-〇f-care Testing, P0CT)的改革，使得實(shí)驗(yàn)室芯片亦可應(yīng)用在事故現(xiàn) 場(chǎng)替?zhèn)咦龀隹焖贆z測(cè)，或是在偏遠(yuǎn)地區(qū)就近完成醫(yī)療服務(wù)。然而，對(duì)實(shí)驗(yàn)室芯片而言，樣 本前處理步驟與樣本定量步驟依然是提升檢驗(yàn)精準(zhǔn)度的關(guān)鍵之一。
[0004] 在目前便攜式檢測(cè)儀器中，常因缺乏樣本前處理的功能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室芯片的檢測(cè)結(jié) 果穩(wěn)定度偏低。舉例而言，生活中常見(jiàn)血脂肪檢測(cè)器、血糖檢測(cè)器等，盡管儀器本身具有小 巧、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)，但礙于血液樣本未經(jīng)過(guò)任何前處理便直接使用全血進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí) 須仰賴(lài)毛細(xì)現(xiàn)象來(lái)運(yùn)輸全血至儀器內(nèi)部的檢驗(yàn)槽，故無(wú)法提供良好的檢驗(yàn)精準(zhǔn)度，檢驗(yàn)結(jié) 果參考價(jià)值低，不適合用在需要嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)據(jù)判讀、決定用藥劑量、進(jìn)行綜合醫(yī)療評(píng)估的醫(yī)療場(chǎng) 所。
[0005] 在現(xiàn)有的樣本前處理手段中，離心處理因其成本低廉且純化快速等優(yōu)勢(shì)而在市場(chǎng) 上占有大量比例。離心處理能利用密度差的原理快速純化出所需的樣本，借此提高檢驗(yàn)準(zhǔn) 確度。舉例而言，環(huán)保局人員可利用離心處理分離水質(zhì)樣本中的懸浮物后，進(jìn)行水樣色度測(cè) 定。在另一個(gè)例子中，醫(yī)檢師可以利用離心處理分離尿液檢體中的固體沉淀物后，取固體沉 淀物于顯微鏡下分析尿液結(jié)晶物組成。
[0006] 對(duì)于實(shí)驗(yàn)室芯片而言，檢測(cè)精準(zhǔn)度的另一項(xiàng)關(guān)鍵為樣本定量步驟。在生化檢測(cè)中， 為維持檢驗(yàn)的穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度，樣本皆須經(jīng)過(guò)定量以減少操作過(guò)程中的誤差或變因。舉 例而言，在對(duì)照實(shí)驗(yàn)（control experiment)中常先利用陽(yáng)性對(duì)照組（positive control) 與陰性對(duì)照組（negative control)的反應(yīng)結(jié)果建立參考值（reference)或標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn) (standard curve),再將未知樣本的反應(yīng)結(jié)果與參考值相互比較。而在這過(guò)程中，對(duì)照組與 未知樣本的體積都必須先經(jīng)過(guò)定量，以取得一致的反應(yīng)條件及可信賴(lài)的反應(yīng)結(jié)果。
[0007] 而在目前的實(shí)驗(yàn)室芯片上，樣本定量的設(shè)計(jì)也是亟待改善的缺陷之一。實(shí)驗(yàn)室芯 片的定量方式可分為人工定量以及機(jī)械定量?jī)深?lèi)定量方式。在人工定量的方式中，常因人 為因素出現(xiàn)檢測(cè)樣本及試劑分配不均的問(wèn)題，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果受到嚴(yán)重干擾。以三酸甘油酯 檢測(cè)為例，在一般狀況下三酸甘油酯濃度被認(rèn)為應(yīng)小于200mg/mL。假設(shè)一血漿樣本中三酸 甘油酯的實(shí)際濃度為180mg/mL，但在檢測(cè)過(guò)程因誤差將8 μ L的血漿注入原應(yīng)注入6 μ L的 檢測(cè)槽中的話(huà)，將導(dǎo)致檢測(cè)出的三酸甘油酯濃度高達(dá)240mg/mL，并使原先健康的樣本被誤 判為心血管疾病高危險(xiǎn)群。而現(xiàn)有的機(jī)械定量方法中，大多利用毛細(xì)現(xiàn)象或蠟閥來(lái)大量分 配液體，此作法亦有穩(wěn)定度低以及蠟閥制作的技術(shù)難度的問(wèn)題。
[0008] 鑒此，目前依然缺乏一個(gè)價(jià)格低廉、制造容易、穩(wěn)定性高三者兼具的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為改善上述問(wèn)題，本發(fā)明至少一實(shí)施例為一種微流體檢驗(yàn)裝置，其具備價(jià)格低廉、 制造容易、穩(wěn)定性高、樣本需求量小等優(yōu)勢(shì)。該微流體檢驗(yàn)裝置利用旋轉(zhuǎn)及震蕩的方式快速 完成樣本前處理及樣本定量等步驟。
[0010] 本發(fā)明至少一實(shí)施例為一種微流體檢驗(yàn)裝置，其包含一動(dòng)力模塊及一微流體平 臺(tái)。其中，該動(dòng)力模塊具備一旋轉(zhuǎn)單元及一震蕩單元，用以驅(qū)動(dòng)并控制該微流體平臺(tái)的運(yùn) 動(dòng)；該微流體平臺(tái)則置于該動(dòng)力模塊上，具備一旋轉(zhuǎn)中心及至少一微流體結(jié)構(gòu)，是用以進(jìn)行 樣本前處理及樣本定量。每個(gè)微流體結(jié)構(gòu)又進(jìn)一步包含一樣本注入槽、一定量槽以及一反 應(yīng)槽。該樣本注入槽上可供使用者放置樣本。而該定量槽與該樣本注入槽相連接，可用以 進(jìn)行樣本前處理及樣本定量；該反應(yīng)槽則與該定量槽相連接，是設(shè)置來(lái)收集經(jīng)樣本前處理 步驟及樣本定量步驟后的樣本。同時(shí)，該反應(yīng)槽可用以置入一試紙，以供樣本在微流體平臺(tái) 上直接進(jìn)行檢測(cè)。
[0011] 本發(fā)明至少一實(shí)施例為一種微流體檢驗(yàn)裝置的運(yùn)作方法。在進(jìn)行檢測(cè)前，可以先 置入一試紙至一微流體平臺(tái)上的一反應(yīng)槽，并置入一樣本至同微流體平臺(tái)上的一樣本注入 槽。接著，旋轉(zhuǎn)該微流體平臺(tái)使該樣本自該樣本注入槽傳送至一定量槽內(nèi)。當(dāng)該樣本傳送 至該定量槽后，再震蕩該微流體平臺(tái)，使該定量槽中的該樣本傾注至相連通的一反應(yīng)槽。待 該反應(yīng)槽內(nèi)的該樣本與該試紙反應(yīng)完畢后，再使用儀器或人工的方式檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果。
[0012] 本發(fā)明至少一實(shí)施例的特征在于樣本前處理效果優(yōu)異。微流體檢驗(yàn)裝置能利用其 中的旋轉(zhuǎn)單元快速純化出檢測(cè)所需的樣本。其利用密度差的原理在短時(shí)間內(nèi)分離出樣本中 的高密度物質(zhì)與低密度物質(zhì)，以改善樣本前處理的結(jié)果。
[0013] 本發(fā)明至少一實(shí)施例的特征在于穩(wěn)定性與重現(xiàn)性?xún)?yōu)異。微流體檢驗(yàn)裝置能在樣本 前處理完后，利用震蕩單元以震蕩或順逆時(shí)針交替旋轉(zhuǎn)的方式將樣本中的低密度物質(zhì)自定 量槽中傾注至反應(yīng)槽。通過(guò)震蕩單元統(tǒng)一將樣本傾注至反應(yīng)槽中將可減少人工取樣所造成 的誤差，使各組微流體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)條件趨于一致，借此改善檢測(cè)的穩(wěn)定性及重現(xiàn)性。
[0014] 本發(fā)明至少一實(shí)施例的特征在于可控制的樣本傾注量。在微流體平臺(tái)的制造過(guò)程 中，可以通過(guò)改變儲(chǔ)存槽的形狀、半徑位置與樣本體積來(lái)控制樣本傾注量。此外，在微流體 檢驗(yàn)裝置運(yùn)作的過(guò)程中，亦可通過(guò)改變震蕩單元的震蕩條件來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整傾注系數(shù)以及樣本 傾注量。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例中的微流體檢驗(yàn)裝置具備價(jià)格低廉、制造容易、穩(wěn)定性高、樣本需求 量小等優(yōu)勢(shì)，除可用于生化檢測(cè)及醫(yī)學(xué)檢測(cè)外，亦可使用于化學(xué)檢測(cè)、水質(zhì)檢測(cè)、環(huán)保檢測(cè)、 食品檢測(cè)、國(guó)防工業(yè)等范疇。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1A為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體檢驗(yàn)裝置示意圖。
[0017] 圖1Β為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體檢驗(yàn)裝置示意圖，用以解釋元件連結(jié)關(guān)系。
[0018] 圖2Α為本發(fā)明部分實(shí)施例的獨(dú)立式微流體平臺(tái)示意圖。
[0019] 圖2Β為本發(fā)明部分實(shí)施例的分流式微流體平臺(tái)示意圖。
[0020] 圖3Α為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3Β為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體結(jié)構(gòu)示意圖，用以解釋元件連結(jié)關(guān)系。
[0022] 圖4Α為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖4Β為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體結(jié)構(gòu)示意圖，用以解釋元件連結(jié)關(guān)系。
[0024] 圖5為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體結(jié)構(gòu)示意圖，用以解釋元件分布。
[0025] 圖6為本發(fā)明部分實(shí)施例的運(yùn)作流程圖。
[0026] 圖7Α為本發(fā)明部分實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)單元的角速度隨時(shí)間變化示意圖。
[0027] 圖7Β為本發(fā)明部分實(shí)施例的震蕩單元的角加速度隨時(shí)間變化示意圖。
[0028] 圖8A-8D為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體檢驗(yàn)裝置運(yùn)作示意圖。
[0029] 圖9為本發(fā)明部分實(shí)施例的傾注量穩(wěn)定性測(cè)驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明至少一實(shí)施例為一種微流體檢驗(yàn)裝置，其包含一動(dòng)力模塊及一微流體平 臺(tái)。其中，動(dòng)力模塊具備一旋轉(zhuǎn)單元及一震蕩單元，用來(lái)驅(qū)動(dòng)并控制微流體平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。微 流體平臺(tái)則置于動(dòng)力模塊上，具備一旋轉(zhuǎn)中心及至少一微流體結(jié)構(gòu)，是用以進(jìn)行樣本前處 理及樣本定量。每個(gè)微流體結(jié)構(gòu)又進(jìn)一步包含一樣本注入槽、一定量槽以及一反應(yīng)槽。
[0031] 圖1Α及圖1Β為本發(fā)明部分實(shí)施例的微流體檢驗(yàn)裝置示意圖。微流體檢驗(yàn)裝置包 含一動(dòng)力模塊10以及一微流體平臺(tái)20。其中，動(dòng)力模塊10具備一旋轉(zhuǎn)單元11及一震蕩單 元12,是用以驅(qū)動(dòng)并控制微流體平臺(tái)20的運(yùn)動(dòng)；微流體平臺(tái)20則置于動(dòng)力模塊10上，具 備一旋轉(zhuǎn)中心21及一周緣22,是用以進(jìn)行樣本前處理及樣本定量。此外，如圖1Β所示，微 流體平臺(tái)20進(jìn)一步包含至少一微流體結(jié)構(gòu)50。
[0032] 圖1Α中的動(dòng)力模塊10可以是離心機(jī)，唯其具備一旋轉(zhuǎn)單元11及一震蕩單元12。 當(dāng)動(dòng)力模塊10運(yùn)作時(shí)，將帶動(dòng)微流體平臺(tái)20 -起旋轉(zhuǎn)、震蕩或順逆時(shí)針交替旋轉(zhuǎn)。
[0033] 圖1Α中的微流體平臺(tái)20可以是圓形、方形、多角形等形狀對(duì)稱(chēng)的碟片， 而材質(zhì)可以是聚乙烯（polyethylene)、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol)、聚丙烯 (polypropylene)、聚苯乙烯（polystyrene)、聚碳酸酯（polycarbonate)、聚甲基丙烯酸 甲酯（polymethylmethacrylate)、聚二甲基石圭氧燒（polydimethylsiloxane)、二氧化石圭 (silicon dioxide)或其組合。
[0034] 如圖1A及圖1B所示，微流體檢驗(yàn)裝置可進(jìn)一步包含一偵測(cè)模塊30。其中，偵 測(cè)模塊30與動(dòng)力模塊10相連接，是用以偵測(cè)微流體檢驗(yàn)裝置上的檢測(cè)結(jié)果。偵測(cè)模塊 30視檢驗(yàn)需求可為分光光度計(jì)（spectrophotometer)、比色計(jì)（colorimeter)、池度計(jì) (turbidimeter)、溫度計(jì)（thermometer)、酸喊度計(jì)（pH meter)、電阻計(jì)（ohmmeter)、菌落 計(jì)數(shù)器（colonometer)、感光元件（image s