气体式微流体检测装置及其运作方法
【专利说明】气体式微流体检测装置及其运作方法 【技术领域】
[0001] 本发明关于一种气体式微流体检测装置及其运作方法，特别是指一种利用气体压 力传送液体的气体式微流体检测装置及其运作方法。 【【背景技术】】
[0002] 在传统检测中，样本前处理与样本定量是项费力繁琐的工作，需仰赖大型仪器与 专业人员方能取得适合进行检测的样本。这些设备成本及人事成本大幅提高检测部门的建 置门槛，往往只有研究机构或大型医院具备足够的能力及资金自行完成样本检测。相反地， 处于第一线的小型实验室、诊所碍于成本，只能委托专业检验机构取得报告，如此一来一往 的运输过程将耗费大量时间成本，同时容易导致样本变质、检测质量降低等问题。
[0003] 为克服上述缺点，近年来市场上发展出一系列的实验室芯片（Lab-on-a-chip)产 品，着重检验快速、仪器体积小、样本需求量小、成本低廉等优势。这趋势也推动近代近患者 生物医学检测（P〇int-〇f-care Testing, P0CT)的改革，使得实验室芯片亦可应用在事故现 场替伤者做出快速检测，或是在偏远地区就近完成医疗服务。然而，对实验室芯片而言，样 本前处理步骤与样本定量步骤依然是提升检验精准度的关键。
[0004] 在目前可携式检测仪器中，常因缺乏有效的样本前处理的功能而导致实验室芯片 的检测结果稳定度偏低。举例而言，生活中常见血脂肪检测器、血糖检测器等，尽管仪器本 身具有小巧、快速、方便等优点，但碍于血液样本仅经过初步过滤，甚至未经过任何前处理 便直接使用全血进行检测，故无法提供良好的检验精准度，检验结果参考价值低，不适合用 在需要严谨数据判读、决定用药剂量、进行综合医疗评估的医疗场所。
[0005] 在现有的样本前处理手段中，离心处理因其成本低廉且纯化快速等优势而在市 场上占有大量比例；此外，离心处理可以广泛运用在不同的物质上，其不像过滤膜（filter membrane)等前处理技术需针对不同过滤物添购不同规格的耗材。离心处理能利用密度差 的原理快速纯化出所需的样本，借此提高检验准确度。举例而言，环保局人员可利用离心处 理分离水质样本中的悬浮物后，进行水样色度测定。在另一个例子中，医检师可以利用离心 处理分离尿液检体中的固体沉淀物后，取固体沉淀物于显微镜下分析尿液结晶物组成。
[0006] 而在目前的实验室芯片上，样本定量的设计也是亟待改善的缺陷之一。在检测中， 为维持检验的稳定度与准确度，样本皆须经过定量以减少操作过程中的误差或变因。实验 室芯片的现有定量方式可分为人工定量以及机械定量两类定量方式。在人工定量的方式 中，常因人为因素出现检测样本及试剂分配不均的问题，导致检测结果受到严重干扰。以三 酸甘油酯检测为例，在一般状况下三酸甘油酯浓度被认为应小于200mg/mL。假设一血浆样 本中三酸甘油酯的实际浓度为180mg/mL，但在检测过程因误差将8 μ L的血浆注入原应注 入6 μ L的检测槽中的话，将导致检测出的三酸甘油酯浓度高达240mg/mL，并使原先健康的 样本被误判为心血管疾病高危险群。而现有的机械定量方法中，大多利用毛细现象或蜡阀 来大量分配液体，此作法亦有稳定度低以及蜡阀制作的技术难度的问题。
[0007] 鉴此，目前依然缺乏一个操作简便、结构简单及稳定性高三者兼具的技术。 【
【发明内容】
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[0008] 为改善上述问题，本发明至少一实施例为一种气体式微流体检测装置，其具备操 作简便、结构简单及稳定性高等优势。所述的气体式微流体检测装置包括一动力模块及一 微流体平台。当微流体平台置于动力模块上时，可以受动力模块控制而旋转。其中，微流体 平台上具有一旋转中心及至少一微流体结构，而每个微流体结构又进一步包括一注入槽、 一处理槽、一气体槽、一溢流道、至少一检测槽及一阻挡件。注入槽设置于靠近旋转中心的 位置，用以容置一溶液。相较于注入槽，处理槽则设置于微流体平台上较靠近外侧的位置， 并与注入槽相连接；此外，处理槽又进一步分别连接气体槽及溢流道，并通过溢流道连接各 个检测槽。而阻挡件则设置于处理槽及溢流道之间，可减缓未处理的液体流入检测槽的问 题。
[0009] 本发明至少一实施例为一种气体式微流体检测装置的运作方法。在进行检测前， 可以先注入溶液至气体式微流体检测装置上的注入槽，并开始旋转微流体平台，使溶液在 离心力的影响下自注入槽流入处理槽中。接着，提升微流体平台的旋转速度至一第一转速， 以利用溶液对气体槽中的气体施以压力并压缩气体体积。最后，降低微流体平台的旋转速 度至一第二转速，使气体膨胀并推动溶液至检测槽中。
[0010] 本发明至少一实施例的特征在于样本前处理效果优异。气体式微流体检测装置能 利用其中的动力模块快速纯化出检测所需的样本。其利用密度差的原理在短时间内分离出 样本中的高密度物质与低密度物质，以改善样本前处理的结果。
[0011] 本发明至少一实施例的特征在于可随时调整溶液倾注量。在微流体平台的制造过 程中，可以通过改变处理槽及气体槽的体积、半径位置来控制样本倾注量。此外，在气体式 微流体检测装置运作的过程中，亦可通过调整溶液体积或是调整第一转速及第二转速来实 时调整溶液倾注量。
[0012] 本发明至少一实施例的特征在于稳定性与重现性优异。气体式微流体检测装置能 在样本前处理完后，通过气体槽中的气体统一推动溶液至检测槽中。将可减少人工取样所 造成的误差，使各组检测槽的反应条件趋于一致，借此改善检测的稳定性及重现性。
[0013] 本发明至少一实施例的特征在于操作简便快速。部分状况下，气体式微流体检测 装置在提升转速及降低转速的一个循环中，即可完成溶液前处理及溶液分配。在提升转速 的阶段中，气体式微流体检测装置利用离心力快速完成样本前处理，并在降低转速的阶段 中，利用气体体积膨胀的现象来推动溶液平均分配至各个检测槽中。
[0014] 本发明实施例中的微流体检验装置具备操作简便、结构简单及稳定性高等优势， 除可用于生化检测及医学检测外，亦可使用于化学检测、水质检测、环保检测、食品检测及 国防工业等范畴。 【【附图说明】】
[0015] 图1A为本发明部分实施例的气体式微流体检测装置示意图。
[0016] 图1B为本发明部分实施例的气体式微流体检测装置示意图用以解释组
[0017] 件连接关系。
[0018] 图2为本发明部分实施例的微流体平台示意图。
[0019] 图3A为本发明部分实施例的微流体结构示意图。
[0020] 图3B为本发明部分实施例的微流体结构示意图。
[0021] 图3C为本发明部分实施例的微流体结构示意图。
[0022] 图4A为本发明部分实施例的阻挡件示意图。
[0023] 图4B为本发明部分实施例的阻挡件示意图。
[0024] 图4C为本发明部分实施例的阻挡件示意图。
[0025] 图5A为本发明部分实施例的检测槽示意图。
[0026] 图5B为本发明部分实施例的检测槽示意图。
[0027] 图5C为本发明部分实施例的检测槽示意图。
[0028] 图6A为本发明部分实施例的子微流体结构示意图。
[0029] 图6B为本发明部分实施例的子微流体结构示意图。
[0030] 图6C为本发明部分实施例的子微流体结构示意图。
[0031] 图6D为本发明部分实施例的子微流体结构示意图。
[0032] 图6E为本发明部分实施例的子微流体结构示意图。
[0033] 图7为本发明部分实施例的气体式微流体检测装置操作方法流程图。
[0034] 图8为本发明部分实施例的动力模块的旋转速度随时间变化示意图。
[0035] 图9A-9E为本发明部分实施例的气体式微流体检测装置操作方法示意
[0036] 图。 【【具体实施方式】】
[0037] 本发明至少一实施例为一种气体式微流体检测装置，其包含一动力模块及一微流 体平台。其中，动力模块用以驱动并控制微流体平台的旋转。微流体平台则置于动力模块 上，具备一旋转中心及至少一微流体结构，用以进行溶液前处理及溶液定量。每个微流体 结构又进一步包含一注入槽、一处理槽、一气体槽、一溢流道、一阻挡件以及至少一检测槽。
[0038] 图1A为本发明部分实施例的气体式微流体检测装置示意图。气体式微流体检测 装置包含一动力模块10以及一微流体平台20。其中，动力模块10用以驱动并控制微流体 平台20的旋转；微流体平台20则置于动力模块10上，其具备一旋转中心21及一周缘22， 用以进行溶液前处理或溶液定量。图1B则为本发明部分实施例的气体式微流体检测装置 示意图，用以解释图1A气体式微流体检测装置中各组件的连接关系。在图1B中，气体式微 流体检测装置包含一动力模块10及一微流体平台20,两者之间为实体连接，而微流体平台 20上则进一步设有至少一微流体结构40。
[0039] 图1A中的动力模块10可以是离心机。当动力模块10运作时，将带动微流体平台 20 -起旋转。而微流体平台20旋转时的中心点即为旋转中心21。
[0040] 图1A中的微流体平台20可以是圆形、方形及多角形等形状对称的盘片，而材质 可以是聚乳酸（polylactide)、聚乙稀（polyethylene)、聚乙稀醇（polyvinyl alcohol)、 聚丙稀（polypropylene)、聚苯乙稀（polystyrene)、聚碳酸酯（polycarbonate)、聚甲基丙 稀酸甲酯（polymethylmethacrylate)、聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane)、聚氯乙 稀（polyvinylchloride)、聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate)、二氯乙稀 (polyvinylidine chloride)、二氧化石圭（silicon dioxide)或其组合。
[0041] 如图1A及图1B所示，在部分实施例中气体式微流体检验装置可进一步包含一 侦测模块30。其中，侦测模块30与动力模块10电性连接，用以侦测微流体平台20上 的检测结果。侦测模块30视检