专利名称：连续式检测装置及连续式检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测装置及检测系统，并且特别是涉及一种连 续式的4企测装置及冲企测系统。
背景技术：
一4殳常见的医学4企测方法，通过抽血的方式来进行，例如利用
抽血来进行患者血糖浓度、血^求数量或肌钩蛋白(troponin)的浓度 的检测。例如检测血糖浓度时，是在抽血之后利用光电原理或是电 化学原理的家用型血糖检测仪器进行检测；或者在医疗中心中，利 用离心机或大型生化分析仪器，将血球、血清分离之后进行检测。
然而目前血糖与血清的相关检测设备，均需要先独立进行抽血 的操作，接着再将检体移至^r测设备中进行分析。检测人员根据检 测结果进行相对应的处置手段，例如施加打胰岛素等操作。这种手 动检测的方式不仅耗时，并且无法立即针对患者的状况进行处置。 此外，在检体移动的过程中，检体容易受到外界物质的污染；再者， 若检体具有高度生化污染性时，大大增加了检测人员受到感染的机 会。另外， 一般市面上常见的检测设备，应用例如离心机分离或者 毛细分离等血球分离技术，其具有血球容易破裂导致溶血现象，以 及血球分离不完全等缺点，如此在很大程度上影响检测结果。再者， 由于i午多病症均需要长时间定时进4亍4企测，传统手动的#r测方法需 要对患者重复用针，增加了检测的不便性以及患者受到感染的机 会，同时造成医疗器材的浪费。
发明内容
本发明提供一种连续式检测装置及连续式检测系统，其利用将 分离单元及反应单元集成(整合)于同一芯片上的方式，使得流体
可在连续^r测流程中依序通过分离单元及反应单元。目标物及非目 标物可直4妄在芯片上进4亍分离，并且可直4妄在芯片上进行液体与试 剂的反应，从而实时进行检测并取得目标物的浓度。如此可连续长 时间地进行目标物浓度的监控，以随时根据目标物浓度的变化进行 相对应的操作。
根据本发明的一个方面，提出一种连续式检测装置，用以检测 流体中的目标物的浓度。连续式检测装置包括第一芯片、信号源以 及第二芯片。第一芯片包4舌分离单元及反应单元。分离单元用以分 离目标物及流体中的非目标物。反应单元用以4吏分离出非目标物的 流体与试剂进行反应。信号源用以提供信号通过与试剂反应的流 体。第二芯片i殳置在第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件(signal transducing element)及处理单元。信号转4奐元件用以4妄收通过流体 的信号，并根据信号输出电信号。处理单元用以根据电信号取得目 标物的浓度。
根据本发明的连续式检测装置，其中，该第二芯片更包括信 号发生器，用以将波形信号提供到该至少一个反应通道，以产生该 电湿效应。
根据本发明的连续式检测装置，更包括壳体，该第一芯片、 该信号源及该第二芯片i殳置在该壳体内；其中，该第一芯片以可才由 4灸的方式i殳置在该壳体内。
根据本发明的连续式检测装置，其中，该信号源为发光元件， 该信号为光线信号。根据本发明的连续式检测装置，其中，该信号转换元件为光电 转换器。
才艮据本发明的连续式4全测装置，更包括电池，耦接于该信号 源及该第二芯片，以将电能提供到该信号源及该第二芯片。
根据本发明的连续式检测装置，其中，该第一芯片具有主流道， 该主流道连4妄该分离单元及该反应单元，用以移送该流体。
根据本发明的连续式检测装置，其中，该信号转换元件及该处 理单元经由集成(整合)半导体工艺形成在该第二芯片上。
才艮据本发明的另一方面，提出一种连续式检测系统，用以冲企测 流体中的目标物的浓度。连续式检测系统包括连续式检测装置以及 投药单元。连续式^r测装置包括第一芯片、信号源及第二芯片。第 一芯片包括分离单元及反应单元。分离单元用以分离目标物及流体 中的非目标物。反应单元用以使分离出非目标物的流体与试剂进行 反应。信号源用以提供信号通过与试剂反应的流体。第二芯片设置 在第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件及处理单元。信号转换 元件用以接收通过流体的信号，并根据信号输出电信号。处理单元 用以根据电信号取得目标物的浓度。投药单元耦接于处理单元，用 以根据目标物的浓度调整投药浓度或投药频率。
根据本发明的连续式检测系统，其中，该连续式检测系统连接 至外部电源，该外部电源用以至少将电能纟是供到该信号源及该第二
芯片o
为了让本发明的上述目的、特征以及优点能更明显易懂，下文
特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下
图1示出根据本发明第一实施例的连续式检测系统的示意图； 图2示出图1中沿A-A，线的剖面图；以及 图3示出根据本发明第二实施例的连续式检测系统的示意图。
具体实施例方式
根据本发明优选实施例的连续式^r测系统，将用以分离流体中 目标物及非目标物的分离单元以及用以使流体与试剂进行反应的 反应单元集成于第一芯片上，并且将信号转换元件及处理单元集成 于第二芯片上。当流体经由分离单元分离出非目标物之后，可直接 在第一芯片上与试剂进行反应，并通过信号转换元件接收通过流体 的信号，进一步取得目标物的浓度。如此可连续地得到目标物的浓 度信息，并才艮据目标物的浓度实时地进行相对应的处理程序。以下 提出第 一及第二实施例并进行详细说明，此两个实施例仅用以作为 范例说明，并不会限制本发明想要保护的范围。此外，实施例中的 附图省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。
第一实施例
请参照图1,其示出根据本发明第一实施例的连续式检测系统 的示意图。连续式检测系统200主要包括连续式检测装置100,其 用以;险测流体中的目标物Tl的浓度。连续式4企测装置100包括第 一芯片110、信号源130以及第二芯片120。第一芯片110包括分离 单元113及反应单元115。分离单元113用以分离目标物Tl及流体 中的非目标物T2。反应单元115用以^f吏分离出非目标物T2的流体 与试剂进行反应。信号源130用以提供信号S通过与试剂反应的流
8体。第二芯片120设置在第一芯片110的一侧，包括信号转换元件 123及处理单元125。信号转换元件123用以接收通过流体的信号S， 并且根据接收的信号输出电信号。处理单元125用以接收电信号， 并且根据电信号取得目标物Tl在流体中的浓度。另外，连续式检 测系统200更包括耦接于处理单元125的投药单元180，用以根据 目标物Tl的浓度调整投药浓度或者投药频率。连续式检测系统200 利用分离单元113 乂人流体中分离出非目标物T2,可提高4全测目标物 Tl浓度的精确性。接着，流体与试剂直接在反应单元115中进行反 应，并实时进行目标物Tl浓度的检测，可缩短检测时间，使得投 药单元180可立即根据目标物Tl的浓度进行对应的调整操作。
更进一步来i兌，第一芯片110具有主流道(main fluidic channel) llOa，其连接分离单元113及反应单元115,用以移送流体。主流 道110a在第一芯片110的一侧边形成流体入口 llOc，含有目标物 Tl及非目标物T2的流体，由流体入口 110c移送进入连续式才企测装 置100中。分离单元113例如包括电极组113a,其设置在主流道110a 的两侧，用以在;危体中产生介电;永力(dielectrophoretic force, DEP force),以分离流体中的目标物Tl及非目标物T2。此外，本实施 例的分离单元113除包括前述电极组113a之外，更可包括光4聂夹 (optical tweezers ) 113b,用以4是供聚焦光线L到流体，聚焦光线L 可为激光束。当聚焦光线L射向流体时，利用聚焦光线L的光子动 量的转移，提供作用力到流体中的目标物T1及非目标物T2。光镊 夹113b通过聚焦光线L的波长、强度分布、聚焦角度以及目标物 Tl及非目标物T2的形状、折射率及吸收率等特性，改变目标物Tl 及非目标物T2的移动方向，乂人而分离目标物Tl及非目标物T2。 关于光镊夹113b的工作原理，为相关技术领域中普通技术人员所 熟知，此处不再加以赘述。如图l所示，4艮据本发明实施例的连续 式才盒测系统200中，分离单元113同时包4舌电才及组113a及光4聂夹 113b， /人而有岁丈i也分离流体中的目标物Tl及非目标物T2。然而，在不同的实施方式中，分离单元113中可择一地将电极组113a设置 在主流道110a两侧，或者应用光镊夹113b，作为目标物Tl及非目
标物T2的分离机制。另一方面，分离出的非目标物T2可移送离开 第一芯片110，以4艮据需求进行储存或废弃。
另外一方面，本实施例的反应单元115包4舌至少一个反应室 115a及多条微流道(micro- fluidic channel) 115b， jt匕处反应单元115 以包括多个反应室115a来进行说明。这些樣i流道115b连通主流道 110a及这些反应室115a,通过分离单元113后的流体经由这些纟效流 道115b进入这些反应室115a。这些反应室115a用以容置流体及试 剂，使流体及试剂进行反应。与试剂反应后的流体接着进行目标物 Tl浓度的检测。本实施例中，试剂可例如是经由试剂传输单元(附 图中未示出)移送进入这些反应室115a中。第一芯片IIO可为半导 体芯片，这些反应室115a及这些孩i流道115b可通过光蚀刻(光刻， photolithography )工艺形成在第一芯片110上。此外，第一芯片110 另可包括废液容置槽110b，连通这些樣i流道115b,并且设置在反 应单元115的后方，用以容置反应后、4企测后的流体及试剂。该废 液容置槽110b可在形成这些反应室115a及这些孩史流道115b的光 蚀刻的步骤中同时形成。请参照图2，其示出图1中沿A-A'线的剖 面图。反应室115a有利地具有足够的空间以4吏流体及试剂在反应 室115a中的滞留一段时间，使得流体及试剂可充分反应。另外， 这些反应室115a的大小，以及反应室115a与孩i流道115b的连接方 式，可才艮据不同的需求进行设计，本实施例不加以限制。此外，进 入反应室115a的流体已分离出非目标物T2，可避免非目标物T2 千扰目标物T1浓度的检测，提高检测的精确性。
此夕卜，本实施例中信号源130可为发光元件，例如发光二极管， 通过与试剂反应的流体的信号S例如是光线信号，信号转换元件 123例如是光电转才灸器(photo-electro transducer)-实际应用上，第一芯片IIO对应于反应室115a的i也方为透光材质，当发光元件朝向 反应室115a发射光线信号时，该光线信号穿透通过反应室115a中 的流体及第一芯片110，并且才殳射于光电转换器。光电转换器4企测 经由流体进行光吸收反应后的光线的强度或颜色，并且由此输出电 信号至处理单元125。处理单元125才艮据电信号进4亍运算取得流体 中目标物T1的浓度。本实施例中，第二芯片120可例如是半导体 芯片，信号转换元件123及处理单元125可经由集成半导体工艺形 成在第二芯片120上，相对简化连续式4企测装置100的工艺步骤， 以提高工艺效率并降^f氐成本。
连续式^r测装置100另包括壳体140,第一芯片110、信号源 130及第二芯片120均设置在壳体140内，如图1所示。值得注意 地是，本发明的实施例中，第一芯片110以可抽换的方式i殳置在壳 体140内，4吏连续式才企测装置100可通过抽换第一芯片110来进4亍 不同流体检测，避免不同流体间交互污染的问题。此外，连续式检 测装置100更可包括电池129，耦接于信号源130及第二芯片120, 用以提供电能至信号源130及第二芯片120。电池129可例如是设 置在壳体140内，使得连续式检测装置100不需外接电源即可工作。
再者，连续式才企测系统200可另包括显示单元190,耦接于处 理单元125，用以根据目标物T1的浓度显示检测结果画面，让使用 者可轻易得知检测的情形，提高使用的便利性。
以下将本发明第一实施例的连续式^r测系统200,以应用于抬r 测血液中的葡萄糖浓度为例进行说明。受测者的血液经由检体传输 单元(例如抽血针筒)，移送进入连续式4企测装置100的第一芯片 110,才企体传l命单元连4妄于受测者及流体入口 110c。血液4妄着经由 主流道110a移送至分离单元113，通过分离单元113将血球(非目 标物T2)自血'液中分离。含有葡萄冲唐(目标物Tl)的血清4妄着移 送至反应单元115。在反应单元115中，血清由孩i流道115b移送至反应室115a中，血清中的葡萄糖分子在反应室115a中与试剂进行 反应。反应室115a有利地具有足够的容量，使葡萄糖与试剂在反 应室115a中滞留一段时间，以进行充分反应。接着，例如是发光 二极管的信号源130提供光线信号穿过反应后的血清，以进一步通 过血清的光吸收反应检测葡萄糖的浓度。信号转换元件123接收通 过血清后的光线，并且#4居光线的强度输出电信号至处理单元125。 处理单元125根据电信号进行比对以及运算，以取得葡萄糖的浓度。 显示单元190 #4居处理单元125耳又-得的葡萄并唐浓度显示4企测结果画 面，使得检测人员得知葡萄糖浓度是否正常。更进一步地，投药单 元180根据处理单元125取得的葡萄糖浓度，调整注射至受测者的 药物的浓度以及注射药物的间隔时间，以乂于应调整受测者的血冲唐;农 度。另一方面，检测完毕后的血清接着移送至废液容置槽110b,以 储存在连续式检测装置100中，避免血清离开连续式检测装置100， 可降低感染及污染的危险性。此外，当进行另一受测者的血液检测 时，仅需将第一芯片110自壳体140中抽出，并将另一第一芯片更 换入壳体140内，如此可避免交互感染以及4企测;险体错误的现象。
上述利用本发明第 一实施例的连续式检测系统200才企测血糖浓 度的方式，可定时定量并且连续地从受测者耳又得4佥体，以无须离线 处理的方式直接进行血糖浓度的4企测，并可实时由投药单元180调 整投药浓度及投药频率。其具有不需重复用针、快速检测血糖浓度、 提高检测精确度、免除外界污染以及避免血液感染等优点。上述根 据本发明第 一实施例的连续式4企测系统200以应用于4企测血液中的 葡萄糖浓度为例进4亍i兌明，然而本发明实施例的4支术不限制于此。 本实施例的连续式4全测系统200也可应用于其它化学物质、医学冲企 体、生物4企体或其它具有连续长时间;险测需求的流体的才全测。
第二实施例本实施例的连续式检测系统与上述根据本发明第 一 实施例的 连续式检测系统，不同之处主要在于第一芯片的i殳计方式，其余相 同之处省略不再重复赘述。
请参照图3，其示出才艮据本发明第二实施例的连续式冲企测系统 的示意图。连续式检测系统400包括连续式冲企测装置300以及投药 单元380。连续式检测装置300包括第一芯片310、信号源330及 第二芯片320。第一芯片310包4舌分离单元313及反应单元315。 分离单元313用以分离流体中的目标物T1及非目标物T2，并且包 4舌电才及组313a或光4聂夹313b,或同时包4舌电才及组313a及光4聂夹 313b。在有利的实施方式中，反应单元315包4舌至少一个反应通道 310d，反应通道310d的两端分别4妻收流体及试剂，并且通过电湿 步丈应(电湿润岁丈应，electrowetting effect) 4空制i乾体及i式剂进入反应 通道310d内以进行反应。信号源330用以^是供信号S，通过与试剂 反应的流体，信号S，可为光线信号，并且其通过^f立于反应通道310d 中的流体及试剂。第二芯片320包括信号转换元件323、处理单元 325及信号发生器(波形产生器，function generator) 327。信号发 生器327用以提供波形信号至反应通道310d，〗吏反应通道310d可 产生电湿效应。此外，信号发生器327更可提供波形信号至电极组 313a，以针对不同的非目标物T2改变介电泳力的大小及才莫式 (pattern )。
更进一步来说，反应通道310d例如是与第一芯片310的主流 道310a及废液容置槽310b在相同的光蚀刻工艺中形成在第一芯片 310上。另外，第一芯片310上更具有试剂移送流道310e,试剂移 送流道310e的一端连4妄试剂槽(附图中未示出)，用以移送试剂进 入第一芯片310;试剂移送流道310e的另一端连4妄反应通道310d。 反应通道310d利用电湿效应改变其侧壁亲疏水性质，乂人而控制主 流道310a中流体以及试剂进入反应通道310d中进4亍反应。另 一方面，通过反应通道310d的电湿岁文应，更可4吏反应通道310d中的流 体及试剂形成聚焦液滴，用以将光线信号聚焦，可提高信号转换元 件323接收信号S，的准确性，并且可节省进行检测的流体及试剂的 用量。
另外，本实施例的连续式冲企测系统400连接至外部电源E,用 以提供稳定的电能至电极组313a、光镊夹313b、信号源330及第 二芯片320。再者，连续式冲企测装置300另可包4舌壳体340,第一 芯片310、信号源330及第二芯片320设置在壳体340内。此外， 连续式才全测系统400另可包括显示单元390,用以显示4企测结果画 面。
上述根据本发明第 一及第二实施例的连续式检测系统，将分离 单元及反应单元集成到单一芯片上，可减小检测装置的体积，并且 利用连续式的4企测方式，可持续得到目标物的浓度信息，从而实时 进行相对应的处理程序，达到实时监控的效果。此外，通过非离线 的才全测过程，可避免流体外露造成感染，或是外界物质进入导致污 染的问题。另外，信号转换元件、处理单元及信号发生器可通过集 成半导体工艺形成，可节省工艺步骤及成本。再者，通过直接抽换 第 一 芯片的方式，可避免不同流体或不同受测者间交互感染的问 题。此外，由于流体中微粒黏着于管壁导致流道受到阻塞，使得检 测无法顺利进行时，也可经由抽换第一芯片的方式来迅速排除。其 次，利用在反应通道形成电湿效应而产生聚焦液滴，可提高4全测賴「 确度，并且减少流体的需要量，并节省试剂的用量。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例4皮露如上，然而其并非 用以限定本发明。本发明所属4支术领域中的普通4支术人员，在不脱 离本发明的精神和范围内，应当可作出各种更动与》务饰。因此，本 发明的保护范围应当以随后所附的权利要求的范围为准。
14主要元件符号说明
100、 300:连续式4企测装置
110a、 310a:主流道
110c:流体入口
113a 、 313a:电极组
115、 315:反应单元
115b:微流道
123、 323:信号转换元件
129:电池
140、 340:壳体
190、 390:显示单元
统
310d:反应通道 327:信号发生器 L:聚焦光线 Tl:目标物
110、 310:第一芯片 110b、 310b:废液容置槽 113、 313:分离单元 113b、 313b:光镊夹 115a:反应室 120、 320:第二芯片 125、 325:处理单元 130、 330: 4言号源 180、 380:投药单元 200、 400:连续式才企测系
310e: i式剂移送流道 E:外部电源 S、 S，信号 T2:非目标物。
权利要求
1.一种连续式检测装置，用以检测流体中的目标物的浓度，所述连续式检测装置包括第一芯片，包括分离单元，用以分离所述目标物及所述流体中的非目标物；以及反应单元，用以使分离出所述非目标物的所述流体与试剂进行反应；信号源，用以提供信号通过与所述试剂反应的所述流体；以及第二芯片，设置在所述第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件，用以接收通过所述流体的所述信号，并根据所述信号输出电信号；以及处理单元，用以根据所述电信号取得所述目标物的浓度。
2. 根据权利要求1所述的连续式检测装置，其中，所述分离单元 包括电招j且，用以在所述-危体中产生介电;永力，以分离戶斤述 流体中的所述目标物及所述非目标物，并且所述电极组用以预 防所述目标物及所述非目标物黏附在所述第一芯片上。
3. 根据权利要求1所述的连续式检测装置，其中，所述分离单元 包括光镊夹，用以将聚焦光线提供到所述流体，以分离所述 流体中的所述目标物及所述非目标物。
4. 根据权利要求1所述的连续式检测装置，其中，所述反应单元 包括至少一个反应室，用以容置所述流体及所述试剂；以及 多条孩t流道，连通所述至少一个反应室。
5. 根据权利要求4所述的连续式检测装置，其中，所述至少一个 反应室及所述微流道通过光蚀刻工艺形成在所述第 一芯片上。
6. 根据权利要求4所述的连续式检测装置，其中，所述第一芯片 更包括废液容置槽，连通所述樣i流道并且"&置在所述反应单元 后方，用以容置反应后的所述流体及所述试剂。
7. 根据权利要求1所述的连续式检测装置，其中，所述反应单元 包括至少一个反应通道，所述至少一个反应通道的两端分别 4妄收所述流体及所述试剂，并且所述至少一个反应通道通过电 湿效应控制所述流体及所述试剂进入所述至少 一个反应通道 内以进4亍反应。
8. 根据权利要求7所述的连续式检测装置，其中，所述至少一个 反应通道通过光蚀刻工艺形成在所述第一芯片上。
9. 根据权利要求7所述的连续式检测装置，其中，所述至少一个 反应通道中的所述流体及所述试剂还通过所述电湿效应形成 聚焦、液滴。
10. —种连续式冲企测系统，用以4全测流体中的目标物的浓度，所述 连续式^企测系统包括连续式;^测装置，包括第一芯片，包括分离单元，用以分离所述目标物及所述流体中 的非目才示物；以及反应单元，用以使分离出所述非目标物的所述 ;危体与^式剂进^亍反应；信号源，用以提供信号通过与所述试剂反应的所述 流体；以及第二芯片，"i殳置在所述第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件，用以接收通过所述流体的所述 信号，并根据所述信号输出电信号；以及处理单元，用以4艮据所述电信号取得所述目标 物的;农度；以及4殳药单元，耦4妄于所述处理单元，用以才艮据所述目标物 的浓度调整投药浓度或投药频率。
全文摘要
一种连续式检测装置，用以检测流体中的目标物的浓度。连续式检测装置包括第一芯片、信号源以及第二芯片。第一芯片包括分离单元及反应单元。分离单元用以分离目标物及流体中的非目标物。反应单元用以使分离出非目标物的流体与试剂进行反应。信号源用以提供信号通过与试剂反应的流体。第二芯片设置在第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件及处理单元。信号转换元件用以接收通过流体的信号，并根据此信号输出电信号。处理单元用以根据电信号取得目标物的浓度。如此可连续地得到目标物的浓度信息，并根据目标物的浓度实时地进行相对应的处理程序。
文档编号B01D57/02GK101587117SQ20081009802
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月20日 优先权日2008年5月20日
发明者刘承贤, 周忠诚, 琅 徐, 杨裕雄, 林明瑜, 威 王, 蔡昆熹 申请人:瑞鼎科技股份有限公司