生物检测设备及生物晶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物检测设备及生物晶片，特别是涉及一种具有微电极点阵列的生物检测设备及生物晶片。
【背景技术】
[0002]随着人们的平均寿命逐年增加，对于疾病筛检、医疗诊断或是老年照护，健康检查的重要性也逐年攀升。现有的分析方法是将检体使用离心机分离，取出待检测部分，再通过加入不同的试剂反应物，依照其显现的颜色或生成物的浓度等，来判断检体的状况。因此，所需要的人力多，分析时间长，导致费用较高。
[0003]相较之下，生物晶片的发展，不仅可以达到快速、有效的分析，还可以在居家使用，减少人力成本，因而能广泛普及。生物晶片中的实验室晶片(Laboratory-on-a-chip, L0C),又称为微型全分析系统(Micro total analytical system, μ TAS),是将原本在实验室的操作过程微小化，整合至晶片。除了缩短整体的反应时间，提高效率外，实验室晶片也大幅度缩小检验误差。这种设计同时将医学分析和电子系统整合，能节省时间、空间和人力资源，大幅度地降低成本，绝对是未来备受瞩目的技术与产品。
[0004]现有的实验室晶片大多是以玻璃片当作基板，以微机电(Micro-electro-mechanical system, MEMS)技术为基础，配合半导体制程，在晶片上规划出一整套复杂的微流道及控制微流道的阀件，并配合外部的加压装置与检验装置，即完成一个完整处理及分析检体的平台。在此平台上，能够提供检体的分离与纯化、检体与试剂的混合及结果的判断。
[0005]然而，对于使用微流道及阀件控制的实验室晶片来说，系统层面遭遇到许多问题:
[0006]1.由于异质整合的困难，使得实验室晶片的控制元件与检测元件必须外置。一般而言，外置的控制元件过多，会造成输出入的电信号线数过多，因而限制实验室晶片的使用面积。
[0007]2.大多数微流道是以外置泵(pump)加压的方式，使微流道中的液体从高压处流向低压处。但因为微流道为密闭空间，当泵产生气压时，会使液滴四处流窜，而无法有效地驱动液滴，造成检体的浪费，并降低分析上的灵敏度。
[0008]3.因为晶片上的微流道都已制式规划完毕，所以针对不同实验的分析，会需要不同微流道的实验室晶片，因而导致人员需学习多种不同微流道的生物晶片的操作，使操作的复杂度提高，人员的训练成本也增加，也造成产品开发成本增加。
[0009]4.用于控制微流道中的液体方式虽然有很多种，如压力、温度等，但目前不论是采用哪种控制方式，都没有回读的机制，而造成实验上的误差。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种输出入信号数较少、有效驱动与感测检体、并具有回读机制的生物检测设备及生物晶片。
[0011]本发明生物检测设备，包含一生物晶片及一处理单元。
[0012]该生物晶片包括一微电极点阵列、一盖体、一屏蔽层及N个菊链串接的控制单元。
[0013]该微电极点阵列包含N个微电极，N为整数且N > 1，该N个微电极彼此间隔地排列。
[0014]该盖体设置于该微电极点阵列的上方，并接收一偏压信号，且该盖体包含一液滴空间，以容置液滴。
[0015]该屏蔽层设置于该微电极点阵列的下方，用于隔绝来自该盖体的电磁干扰传递到该屏蔽层的下方。
[0016]该N个菊链串接的控制单元设置于该屏蔽层的下方，而不受到来自该盖体的电磁干扰，每一控制单元位于所对应的微电极的下方，并各自电连接所对应的该微电极，以提供一微电极信号至所对应的该微电极，且每一控制单元接收一时钟信号、一第一控制信号、一第二控制信号及一第三控制信号，并根据该时钟信号及该第一控制信号选择一输入信号或一相关于该微电极信号的量测信号作为一输出信号，该N个控制单元中的第一个控制单元所接收的输入信号为一用于驱动该液滴的数据输入信号，其余N-1个控制单元中的每一控制单元所接收的输入信号分别来自前一控制单元的输出信号。
[0017]每一控制单元还根据该第二控制信号、第三控制信号及该输出信号来改变其所提供的微电极信号，利用不同控制单元间的微电极信号与该偏压信号的压差来驱动位于该盖体的液滴空间的液滴。
[0018]该处理单元电连接该N个控制单元，并产生该数据输入信号、该时钟信号、该第一控制信号、该第二控制信号及该第三控制信号，且接收一数据输出信号，该数据信号为来自该N个控制单元中的第N个控制单元的输出信号，并根据该时钟信号、该第一控制信号、该第二控制信号、该第三控制信号及该数据输出信号，使该生物晶片操作于一感测模式，以感测该液滴的位置。
[0019]本发明的有益效果在于:将微电极点阵列的每一微电极下方的控制单兀，以菊链(daisy chain)又称扫描链(scan chain)的方式串接，以达到较少输出入信号、有效驱动与感测检体、并具有回读机制的生物检测设备及生物晶片。
【附图说明】
[0020]图1是一俯视示意图，说明本发明生物检测设备的一较佳实施例；
[0021]图2是一剖面示意图，辅助图1说明该较佳实施例；
[0022]图3是一电路图，说明该较佳实施例的控制单元；
[0023]图4是一俯视示意图，说明该较佳实施例中的液滴分布态样；
[0024]图5是一时序图，说明该较佳实施例在一感测模式的信号关系；及
[0025]图6是一时序图，辅助图5说明该较佳实施例。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
[0027]参阅图1与图2，图2是图1中II的剖面示意图，本发明生物检测设备的较佳实施例包含一生物晶片I及一处理单兀2。该生物晶片I包括一微电极点阵列11、一盖体12、一屏蔽层13、N个控制单元⑶I?CUN及一打线区(bonding area) 14, N为整数且N > I。
[0028]该微电极点阵列11包含N个微电极El?EN，该N个微电极El?EN彼此间隔地排列。在本实施例中，N = 900，每一微电极El?E900呈正方形，该900个微电极El?E900排列成30x30也呈正方形的微电极点阵列11，在其他实施例中，N个微电极也可排列成其他任意形状，且每一微电极也可为六角形、其它多边形、圆形或不规则形状。
[0029]该盖体12设置于该微电极点阵列11的上方，并包含一第一电介质层(dielectriclayer) 121、一间隔地设置于该第一电介质层121的上方的第二电介质层122、两疏水层(hydrophobic layer) 127、一第三电介质层123及一液滴空间128。该第一电介质层121具有一第一表面124,该第二电介质层122具有位于相反两侧的一第二表面125及一第三表面126,该第一表面124及该第二表面125位于该第一电介质层121及该第二电介质层122之间。该两疏水层127分别形成于该第一电介质层121的第一表面124与该第二电介质层122的第二表面125，该两疏水层127之间为该液滴空间128，用于容置液滴(droplet) 7，也就是检体。
[0030]在本实施例中，该第一电介质层121用于保护该微电极点阵列11，以避免氧化，且避免该微电极点阵列11与该液滴7接触。该第二电介质层122的材质为玻璃，该第三电介质层123的材质为氧化铟锡(ITO)。该两疏水层127的材质为铁氟龙(Teflon)，使该两疏水层127与位于该液滴空间128的液滴7之间的摩擦力较小，较易于驱动。
[0031]该屏蔽层13设置于该微电极点阵列11的下方，用于隔绝来自该盖体12的电磁干扰传递到该屏蔽层13的下方。该屏蔽层13可接收一固定电压，使其电压电平保持于一固定电位，也可保持浮接(floating)状态。
[0032]该900个控制单元⑶I?⑶900分别设置于该900个微电极El?E900的下方，且位于该屏蔽层13的下方，通过该屏蔽层13以隔绝来自该盖体12的电磁干扰。该900个控制单元⑶I?⑶900分别电连接该900个微电极El?E900，且所述控制单元⑶2?⑶900分别电性连结其前一个控制单元⑶I?⑶899。每一控制单元⑶I?⑶900接收一输入信号S1、一时钟信号CLK、一第一控制信号Cl、一第二控制信号C2及一第三控制信号C3，并输出一输出信号so,且将一微电极信号输出至对应的微电极El?E900。该控制单兀CUl所接收的输入信号SI为一数据输入信号，所述控制单元⑶2?⑶900的输入信号SI分别是来自其前一个控制单元⑶I?⑶899的输出信号S0，使所述控制单元⑶I?⑶900形成一菊链或称一扫描链的方式串接。
[0033]参阅图3，图3是每一控制单元⑶I?⑶900的电路图，每一控制单元⑶I?⑶900包含一第一多工器151、一 D型正反器152、一或非门(NOR gate) 153、一第二多工器154、一第三多工器155、一第一晶体管156、一第二晶体管157、一第三晶体管158、一第一反向器(NOT gate) 159、一第二反向器 160、一与