一種離心式磁性粒子操縱與檢測(cè)裝置及其運(yùn)作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種離心式磁性粒子操縱與檢測(cè)裝置及其運(yùn)作方法，尤指一種可以通過(guò)轉(zhuǎn)速控制 在上下兩個(gè)磁場(chǎng)磁力間的離心力大小以決定試劑中的磁珠移動(dòng)位置的離心式磁性粒子操 縱與檢測(cè)裝置及其運(yùn)作方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 酵素連結(jié)免疫分析法（ELISA, enzyme-linked immunosorbent assay)們?nèi)灰咽巧?化檢驗(yàn)上檢測(cè)特定蛋白質(zhì)的方法，其原理是利用抗原與抗體之間的專(zhuān)一性，以酵素的呈色 反應(yīng)來(lái)進(jìn)行化學(xué)或是生物分子的定量分析。
[0003] 該技術(shù)最早由Engvall與Perlmann等人于1972年建立，因其檢測(cè)訊號(hào)具有 高度靈敏度，所以常被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室及臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)，其中以三明治酵素連結(jié)免疫分析 法（Sandwich ELISA)為例，該實(shí)驗(yàn)中需要陸續(xù)加入捕捉抗體（Capture antibody)、抗原 (Antigen)、連結(jié)上酵素的偵測(cè)抗體（Detection antibody labeled with HRP)、呈色液進(jìn)行 反應(yīng)。
[0004] 在上述的每個(gè)步驟中又各自需要一段培育時(shí)間（Incubation time)以及清洗 (Wash)步驟，因此，整個(gè)程序除了費(fèi)時(shí)費(fèi)工之外，加上傳統(tǒng)的執(zhí)行方式大多使用96孔微滴 定盤(pán)（Microtiter plate)來(lái)進(jìn)行，在裝載（load)樣本時(shí)也容易因人為的操作微量滴管 (Micropipette)失誤，進(jìn)而影響檢測(cè)的結(jié)果。
[0005] 施行ELISA時(shí)需將抗體抗原事先固定于基材上，間接型的鍵結(jié)方法降低了銜接 效率，因此需要透過(guò)更多的試劑量或是更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)改善，甚至?xí)蟹翘禺愋缘鞍椎奈?而造成背景值的提升，繁瑣的檢測(cè)過(guò)程導(dǎo)致整個(gè)檢測(cè)往往需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天來(lái)進(jìn)行反 應(yīng)。
[0006] 為了改善傳統(tǒng)ELISA使用96孔微滴定盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)所造成的缺失，有部分學(xué)者提出 利用生物學(xué)檢測(cè)常用的離心方式與ELISA進(jìn)行結(jié)合，也就是現(xiàn)在通稱(chēng)的⑶ELISA (Compact Disc ELISA)〇
[0007] 現(xiàn)有的⑶ELISA中作為離心主體的主要是利用一種外觀(guān)類(lèi)似光盤(pán)（Compact Disc)的碟體（有時(shí)稱(chēng)為芯片（Chip))來(lái)進(jìn)行離心式檢測(cè)，主要的設(shè)計(jì)方式是將抗體/抗原 事先包被于碟體基材表面，將微流體碟體刻劃多組微流道，并在微流道上設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)儲(chǔ)存槽， 于儲(chǔ)存槽下方設(shè)置微流閥門(mén)。
[0008] 當(dāng)微流體碟體處于低轉(zhuǎn)速離心時(shí)，液體在儲(chǔ)存槽通往微流閥門(mén)的入口處會(huì)形成一 液氣表面，此時(shí)液體的內(nèi)部有來(lái)自離心作用下所形成的液體壓力，而在液氣表面上會(huì)因表 面張力產(chǎn)生一阻止液體前進(jìn)的毛細(xì)壓力，當(dāng)液體壓力低于毛細(xì)壓力時(shí)，液體會(huì)保留在儲(chǔ)存 槽中，而隨著離心轉(zhuǎn)速提高，液體壓力跟著增加，直到液體所受的離心力大于毛細(xì)壓力時(shí)， 便會(huì)突破微流閥門(mén)，使儲(chǔ)存槽中的液體釋放出來(lái)。
[0009] 利用離心轉(zhuǎn)速控制的原理，便可輕易控制試劑依照檢測(cè)流程依序釋放，檢測(cè)人員 只需預(yù)先將試劑注入各儲(chǔ)存槽，便可自動(dòng)化執(zhí)行試劑依序釋放以及培育（incubation)混 合反應(yīng)，完成檢測(cè)程序，再加上在此系統(tǒng)中試劑體積需求量小且反應(yīng)的表面積大，可加速反 應(yīng)進(jìn)行，使整體的檢測(cè)時(shí)間縮短至1~2小時(shí)即可完成。
[0010] 然而，這類(lèi)設(shè)計(jì)看似完美，卻隱藏著兩大問(wèn)題；第一，微流閥門(mén)的穩(wěn)定性不佳，第 二，微小固相基材包被技術(shù)困難及穩(wěn)定性不佳。
[0011] 上述設(shè)計(jì)看似能依照控制轉(zhuǎn)速達(dá)到依序釋放試劑的效果，但在實(shí)際檢測(cè)中，突破 轉(zhuǎn)速并非一個(gè)定值，其值落在突破轉(zhuǎn)速平均值的正負(fù)20%范圍之內(nèi)，此時(shí)會(huì)影響依序釋放 試劑的正確性，當(dāng)各微流閥門(mén)的突破轉(zhuǎn)速差距不夠大，會(huì)形成突破轉(zhuǎn)速范圍重迭的情況，可 能會(huì)使得在相同轉(zhuǎn)速下有數(shù)個(gè)微流閥同時(shí)被突破，導(dǎo)致原有檢測(cè)程序的改變，造成測(cè)試失 敗。
[0012] 除此之外，要在微小尺寸（1~2mm)的碟體基材上進(jìn)行抗原/抗體包被，其技術(shù)十 分困難且其包被效果不甚穩(wěn)定，往往會(huì)造成數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。
[0013] 有鑒上述設(shè)計(jì)闕失，有部分學(xué)者著手于改良微流閥門(mén)設(shè)計(jì)及固相載體包被方法， 例如以石蠟閥門(mén)取代微流閥門(mén)作為阻擋液體釋放的裝置，其原理是以低熔點(diǎn)的石蠟阻擋閥 門(mén)，使液體于儲(chǔ)存槽中無(wú)法突破石蠟閥門(mén)前進(jìn)，當(dāng)需要釋放液體時(shí)，再依序用雷射光溶解石 蠟，使其閥門(mén)開(kāi)啟，達(dá)到依序釋放的目的，如此即可正確的控制液體突破閥門(mén)的順序，以避 免釋放順序錯(cuò)誤情形發(fā)生。
[0014] 但此方法會(huì)造成盤(pán)片制作困難度提高，同時(shí)溶解石蠟閥門(mén)也需要精密儀器控制， 提高了整個(gè)測(cè)試的制作成本。
[0015] 為了改善上述抗體/抗原包被技術(shù)的疏失，部分學(xué)者藉由微球（材質(zhì)可分成塑料 及磁性物質(zhì)）表面的官能基團(tuán)，以化學(xué)鍵結(jié)方法成功將抗體/抗原包被于微球表面上，再將 微球注入至儲(chǔ)存槽內(nèi)，并與樣本及試劑進(jìn)行反應(yīng)。
[0016] 倘若微球材質(zhì)為塑料材質(zhì)，會(huì)在其儲(chǔ)存槽出口處設(shè)計(jì)一個(gè)極細(xì)微的微流通道（尺 寸為微米等級(jí)），以此方式將微球固定于儲(chǔ)存槽內(nèi)，然而，儲(chǔ)存槽出口微流通道過(guò)于細(xì)小，往 往會(huì)大幅增加碟體制作成本，另外，有部分學(xué)者將抗體/抗原事先包被于磁性基材表面， 形成通稱(chēng)的磁珠，再藉由外部磁場(chǎng)的搭配來(lái)控制磁珠移動(dòng)，以達(dá)到培育及反應(yīng)的步驟。
[0017] 此方法雖然可改善塑料微球所帶來(lái)的附加問(wèn)題，但如何精準(zhǔn)操縱磁珠移動(dòng)則成為 一大技術(shù)考驗(yàn)，依照現(xiàn)有設(shè)計(jì)，單一且非固定的外部磁場(chǎng)常常導(dǎo)致磁珠遺漏、培育效果不佳 的情形產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 有鑒于先前技術(shù)中提及，現(xiàn)有的檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)，單一且非固定的外部磁場(chǎng)常常導(dǎo) 致磁珠遺漏、培育效果不佳的情形產(chǎn)生，本發(fā)明提供了一種離心式磁性粒子操縱與檢測(cè)裝 置及其運(yùn)作方法，可藉由轉(zhuǎn)速控制裝置離心時(shí)所產(chǎn)生的離心力大于或小于裝置中多個(gè)磁場(chǎng) 產(chǎn)生的磁力，以達(dá)到精準(zhǔn)控制磁珠運(yùn)動(dòng)。
[0019] 本發(fā)明離心式磁性粒子操縱與檢測(cè)裝置主要包含一第一碟體，該第一碟體上設(shè)置 有多個(gè)第一磁力組件，而該多個(gè)第一磁力組件設(shè)置于相對(duì)該第一碟體中心點(diǎn)相同或不同半 徑處。
[0020] 此外本發(fā)明上有一第二碟體，該第二碟體是主要進(jìn)行生化檢測(cè)反應(yīng)的場(chǎng)所，該二 碟體設(shè)置于該第一碟體的下方，但并未與該第一碟體緊密貼合或連接，僅需相當(dāng)?shù)目拷?可。該第二碟體包含一第一排氣孔，一第一中央儲(chǔ)存槽、一第二排氣孔、一第二中央儲(chǔ)存槽、 一第三排氣孔、一第三中央儲(chǔ)存槽、一第一中央微流閥、一第二中央微流閥、一第三中央微 流閥以及多個(gè)檢測(cè)單元。
[0021] 其中，該第一排氣孔設(shè)置于該第二碟體的中央，該第一中央儲(chǔ)存槽與該第一排氣 孔連接，再通過(guò)該第一中央微流閥與該第二中央儲(chǔ)存槽連接，該第二中央儲(chǔ)存槽上則設(shè)有 該第二排氣孔。
[0022] 該第二中央儲(chǔ)存槽再通過(guò)該第二中央微流閥與該第三中央儲(chǔ)存槽連接，該第三中 央儲(chǔ)存槽上設(shè)有該第三排氣孔，最后該第三中央儲(chǔ)存槽則通過(guò)該第三中央微流閥與該多個(gè) 檢測(cè)單元連接。
[0023] 每一該檢測(cè)單元包含一入口流道、一培育槽、一樣本注入槽、一偵測(cè)槽、一廢液槽、 一廢液槽微流閥以及一廢液槽排氣孔。
[0024] 其中該入口流道與該第三中央微流閥連接，該培育槽與該入口流道連接，該培育 槽上設(shè)有該樣本注入槽，該培育槽下方與該偵測(cè)槽連接，接著該偵測(cè)槽通過(guò)該廢液槽微流 閥與該廢液槽連接，該廢液槽上設(shè)有該廢液槽排氣孔。
[0025] 最后，本發(fā)明尚有一第三碟體，該第三碟體設(shè)置于該第二碟體的下方，與該第二碟 體緊密貼合，其中該第三碟體包含多個(gè)磁力組件軌道，而該每一磁力組件軌道中皆設(shè)置有 可任意在該每一磁力組件軌道中移動(dòng)的一第二磁力組件。
[0026] 而關(guān)于本發(fā)明離心式磁性粒子操縱與檢測(cè)裝置的運(yùn)作方法，首先，執(zhí)行步驟（a)， 同時(shí)將至少一試劑、磁珠以及樣本注入一第二碟體中，并將該第二碟體與