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165_091-008AP-TW

發佈日期 : 2009-04-29
　　 　　發明專利說明書
﹝本說明書格式，順序及粗體字，請勿任意更動，※號部份請勿填寫﹞
　 ※申請案號： 091120851
　 ※申請日期： 20020912
※ＩＰＣ分類： Int.Cl.(7) B81B 7/00

 

一、發明名稱： (中文/英文)
　
多功能進料之微流體晶片及其進料系統(全文下載)

 
二、申請人： 共 1 人

 
　 　 1 .
　姓名或名稱：(中文/英文)

 

　　 國立成功大學 / NATIONAL CHENG KUNG UNIVERSITY

　代　表　人：(中文/英文)

 

　　 高強 / KAO, CHIANG

　住居所或營業所地址：(中文/英文)

 

　　 臺南市東區大學路1號 / NO. 1, TA-HSUEH RD., TAINAN CITY, TAIWAN, R.O.C.

　國　　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 
三、發明人： 共 3 人

 
　 　 1 .
　姓名：(中文/英文)

 

　　 李國賓 / LEE, GWO BIN

　國　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 

　 2 .
　姓名：(中文/英文)

 

　　 楊瑞珍 / YANG, RUEY JEN

　國　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 

　 3 .
　姓名：(中文/英文)

 

　　 傅龍明 / FU, LUNG MING

　國　　　籍：(中文/英文)

 

　　 中華民國 / TW

 

 

 

四、聲明事項
　 □主張專利法第二十二條第二項 □ 第一款或 □ 第二款規定之事實，其事實發生日期為：年　月　日

 

□申請前已向下列國家(地區)申請專利:

 

　【格式請依:受理國家(地區)、申請日、申請案號、 順序註記】

 
　 　□ 有主張專利法第二十七條第一項國際優先權：

 


　□無主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
　 □ 主張專利法第二十九條第一項國內優先權：

 

　【格式請依:申請日、申請案號、順序註記】

 
　
□ 主張專利法第三十條生物材料：

 

　□ 須寄存生物材料者：

 

　　　國內生物材料【格式請依:寄存機構、日期、號碼、順序註記】

　　　國外生物材料【格式請依:寄存國家、機構、日期、號碼、順序註記】
　
　　□ 不須寄存生物材料者:

　　 　所屬技術領域中具有通常知識者易於獲得時，不須寄存。

 

五、中文發明摘要：
　 本發明係提供一種多功能進料之微流體晶片及其進料系統，主要係於晶片上製成一具有至少四個T型相互連接之微管道，並藉由適當之電壓調控裝置控制進料過程，使其達到十字型、雙T型及三T型微管道之多種進料功能，如此可以依不同之檢測項目來選定進料之功能，以解決傳統微流體晶片單一進料所產生的問題，藉此可顯著地提昇微流體晶片的使用功能及增加其使用範圍。
　
六、英文發明摘要：
　  
　
七、指定代表圖：
　（一）本案指定代表圖為：
　（二）本代表圖之元件符號簡單說明：

 
　  
　
　
八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：
　  
　
九、發明說明：
　 【發明之技術領域】
本發明係提供一種多功能進料之微流體晶片及其進料系統，係於一晶片上製成一具有至少四個T型相互連接之微管道，並以控制電壓的方法來達成不同量的樣品進料的模式，可應用於各種微流體分析之領域。
【發明背景】
近年來，由於微機電製程技術之發展，使得許多原本龐大之元件得以微小化，人類也逐漸可以藉由微小化之設備，從事先前所無法進行之實驗，例如：細胞之操控以及快速蛋白質或DNA之分離等應用。在眾多微機電研究領域中，將元件應用於生醫檢測尤其受到重視。藉由微機電製程技術所生產之微流體生醫檢測晶片，其具有高檢測效能、低樣品消耗量、低耗能、體積小以及成本低等優點，尤其以整合微流體系統及檢測機構於同一晶片上之設計，最具發展潛力以及市場價值，因此，除了具有微型化之優勢外，更免除了複雜及昂貴之檢測設備，使得單一晶片便具有完整之檢測功能。
在做流體晶片的設計中，首先必須考慮的就是樣品液的注射系統。在樣品液的注入過程中，由於不同檢測項目所需的樣品液之多寡也有所不同，因此樣品液的量之多少對於分離效果有最直接的影響。在以往微流體晶片中都只有單一進料的功能，由於進料量固定往往也只能做少部分的檢測項目，對於需要不同量的檢測分析，可能會因進料量的不足而影響其分離及偵測的效果。
傳統的注射管道都是以十字型微管道、雙T型微管道及三T型微管道為主，分別如圖一(A)、圖一(B)及圖一(C)所示，就圖一(A)所示之十字型微管道、圖一(B)所示之雙T型微管道及圖一(C)所示之三T型微管道的注射系統而言，主要是針對不同檢測項目所需的量而設計的，且個別獨立於不同的微流體晶片上，所以不同的檢測項目需要不同的微流晶片來完成，因此在產品的規格化上頗為複雜，造成生產成本的提高。
【發明概述】
有鑑於傳統微流體晶片之進料系統的缺陷和弊端，本發明之目的係提供一種多功能進料之微流體晶片及其進料系統，以解決習知技術之問題。
本發明之主要目的係提供一種多功能進料之微流體晶片，至少包含：一具有至少四個T型相互連接之徽管道’係做為樣品導入、導出及分離之用；及複數個儲存槽，係做為樣品、緩衝液及廢液儲存之用。
前述具有至少四個T型相互連接之微管道之微流體晶片，至少包含；至少一個樣品導入微管道；至少一個緩衝液微管道；至少一個樣品分離管道；及至少三個樣品導出微管道，前述微管道之間係藉由至少四個T型微管道相互連接。
本發明之另一目的係提供一種具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，至少包含；一具有至少四個T型相互連接之微管道之微流體晶片，係做為樣品導入、導出及分離之用；及一電源供應裝置，係提供不同之電壓模式以做為樣品流驅動之用。
前述具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，至少包含：十字型微管道進料模式、雙T型微管道進料模式及三T型微管道進料模式。
前述電源供應裝置至少包含三組可切換式之電源供應器，其可依不同注射模式而設定驅動電壓。
本發明之多功能進料之微流體晶片及其進料系統，係可依實際檢測時所需要的樣品液之流量大小，設定所需之電壓值，俾於單一微流體晶片上作多項的檢測項目，且本發明之微流體晶片及其系統容易整合至其他微流體分析系統中，使其更具有廣泛之應用範圍。
主要元件符號說明
1．．．樣品導入微管道
2．．．緩衝液微管道
3．．．樣品分離微管道
4、5、6．．．樣品導出微管道
7．．．樣品儲存槽
8．．．緩衝液儲存槽
9．．．廢液儲存槽
10．．．微流體晶片
11．．．電源線
20．．．電源供應裝置
21、21’．．．晶片基材
22．．．光阻層
23．．．光罩
24．．．微管道
25．．．鑽孔
100．．．具有多功能進料之微流體晶片之進料系統
【發明之詳細說明】
本發明之多功能進料之微流體晶片及其進料系統，其諸多優點與特徵將從下述詳細說明並配合圖式得到進一步的瞭解。
如圖二所示，係顯示本發明之多功能進料之微流體晶片10，至少包含：至少一個樣品導入微管道1，係做為樣品流導入之用；至少一個緩衝液微管道2，係作為緩衝液導入之用；至少一個樣品分離微管道3，係做為分離樣品之用；至少三個樣品導出微管道4、5、6，係做為將多餘之樣品導出之用；及複數個儲存槽，其中包含：樣品儲存槽7、緩衝液儲存槽8及廢液儲存槽9，且前述微管道之間係藉由至少四個T型徵管道相互連接。
如圖三所示，係顯示本發明之一種具有多功能進料之微流體晶片之進料系統100，至少包含：一具有至少四個T型相互連接之微管道之微流體晶片10，係做為樣品導入、導出及分離之用；及一電源供應裝置20，係透過電源線21提供不同之電壓模式以做為樣品流驅動之用。
前述電源供應裝置20至少包含：三組可切換式之電源供應器（圖未顯示），其可依不同注射模式而設定驅動電壓，且其控制進料之模式至少包含：十字型微管道注射系統、雙T型微管道注射系統及三T型微管道注射系統，有關控制模式及原理將詳述於後。
本發明之多功能進料之微流體晶片10上之微管道的製造方法配合圖四(A)至圖四(E)詳細說明如下。
本發明微流體晶片10之製造方法不受任何限制，例如可使用一般傳統之半導體製程即可達成，主要係包含下列步驟：如圖四(A)所示，首先提供一晶片基材21作為晶片下板，於其上塗佈一光阻層22(例如：AZ4620光阻)，並利用一設計之光罩23進行光刻(Lithography)之步驟；之後，如圖四(B)所示，進行光阻顯影(PRdeveloping)之步驟；接下來如圖四(C)所示，進行玻璃蝕刻(Glass etching)之步驟，將晶片基材21蝕刻預定大小之微管道24（即前述樣品導入或分離微管道、緩衝液微管道及樣品導出微管道）；之後，如圖四(D)所示，進行光阻剝除(PR stripping)步驟，將殘餘之光阻清除；接著，如圖四(E)所示，在另一晶片基材21’上之特定位置鑽洞以形成複數個鑽孔25（即前述之儲存槽）以形成晶片上板，最後再將兩片晶片基材21及21’利用氫氟酸或其他具有相同功效之技術結合，即構成本發明之徽流體晶片10。圖五係顯示本發明之微流體晶片10之影像圖。
前述之晶片基材21、21，係可為玻璃或石英或高分子材料，例如：壓克力(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚二甲矽氧烷(PDMS)。
本發明之技術將透過下列實施例並配合圖式做更進一步之說明。
實施例一：十字型微管道之進料模式本實施例係利用本發明之具有多功能進料之微流體晶片之系統，執行十字型微管道之進料模式。本實施例之操作過程如下：首先，將電源供應裝置20的電源供應模式設定為十字型微管道的樣品導入模式(Sample loading)，如圖六(A)所示，此時各徽管道末端施加之電壓如下：樣品導入微管道1為2KV、緩衝液微管道2為1KV、樣品分離微管道3為1KV、樣品導出微管道4、5及6分別為1KV、0KV及1KV，藉由上述電壓調控將樣品液從樣品儲存槽7經樣品導入微管道1導入樣品導出微管道5中，當樣品液充滿樣品導出微管道5時，此電源供應模式自動轉換成樣品引入(Sample dispensing)之電壓模式，如圖六(B)所示，此時各微管道末端施加之電壓如下：樣品導入微管道1為3KV、緩衝液微管道2為4KV、樣品分離微管道3為2KV、樣品導出微管道4、5及6分別為3.2KV、3KV及2.8KV，藉由上述電壓調控將樣品液引入樣品分離微管道3中進行分離，達成十字型微管道的進料模式。圖六(C)及圖六(D)係分別顯示經上述圖六(A)及圖六(B)之步驟後之實驗數據圖。此種模式之樣品進料量體積約為3000μm 3 （以微管道的寬50μm及深度40μm計算）。
實施例二：雙T型微管道之進料模式本實施例係利用本發明之具有多功能進料之徽流體晶片之系統，執行雙T型微管道之進料模式。
本實施例之操作過程如下：首先，將電源供應裝置20的電源供應模式設定為雙T型徽管道的樣品導入模式，如圖七(A)所示，此時各微管道末端施加之電壓如下：樣品導入微管道1為2KV、緩衝液微管道2為0.9KV、樣品分離徽管道3為0.75KV、樣品導出微管道4、5及6分別為0.9KV、0KV及0KV，藉由上述電壓調控將樣品液從樣品儲存槽7經樣品導入微管道1導入樣品導出微管道5、6中，當樣品液充滿樣品導出微管道5、6時，此電源供應模式自動轉換成樣品引入之電壓模式，如圖七(B)所示，此時各微管道末端施加之電壓如下：樣品導入微管道1為3KV、緩衝液微管道2為4KV、樣品分離微管道3為2KV、樣品導出微管道4、5及6分別為3.2KV、3KV及2.8KV，藉由上述電壓調控將樣品液引入樣品分離微管道3中進行分離，達成雙T型微管道的進料模式。圖七(C)及圖七(D)係分別顯示經上述圖七(A)及圖七(B)之步驟後之實驗數據圖。此種模式之樣品進料量體積約為4400μm 3 （以微管道的寬50μm及深度40μm計算）。
實施例三：三T型微管道之進料模式本實施例係利用本發明之具有多功能進料之微流體晶片之系統，執行三T型微管道之進料模式。
本實施例之操作過程如下：首先，將電源供應裝置20的電源供應模式設定為三T型微管道的樣品導入模式，如圖八(A)所示，此時各微管道末端施加之電壓如下：樣品導入微管道1為2KV、緩衝液微管道2為0.7KV、樣品分離微管道3為0.7KV、樣品導出微管道4、5及6皆為0KV，藉由上述電壓調控將樣品液從樣品儲存槽7經樣品導入微管道1導入樣品導出微管道4、5、6中，當樣品液充滿樣品導出微管道4、5、6時，此電源供應模式自動轉換成樣品引入之電壓模式，如圖八(B)所示，此時各微管道末端施加之電壓如下：樣品導入微管道1為3KV、緩衝液微管道2為4KV、樣品分離微管道3為2KV、樣品導出微管道4、5及6分別為3.2KV、3KV及2.8KV，藉由上述電壓調控將樣品液引入樣品分離微管道3中進行分離，達成三T型微管道的進料模式。圖八(C)及圖八(D)係分別顯示經上述圖八(A)及圖八(B)之步驟後之實驗數據圖。此種進料模式之樣品進料量體積約為6000μm 3 （以微管道的寬50μm及深度40μm計算）。
本發明之多功能進料之微流體晶片及其進料系統，係將上述的三種不同傳統進料模式結合於一晶片上，依檢測項目的需求而選擇所需的進料模式以擴大其應用範圍及效能，且本發明中之多功能進料之微流體晶片上可延伸至多個樣品導出微管道，並不限定只有三個微管道，故可依實際需要設計不同之多功能進料之微流體晶片，以應用不同注射量之要求。
以上所舉之本發明各種實施例只要不脫離本發明之要旨，可進行種種微流體管道及設計之變更，其保護範圍由以下之申請專利範圍所界定；並且本發明各實施例之數據係供作參考，並非用於限制本發明，一併指明。
【發明之功效】
本發明係提供一種多功能進料之徽流體晶片及其進料系統，主要係結合十字型、雙T型及三T型徽管道之概念於單一微流體晶片上，並藉由適當之電壓調控裝置控制進料過程，使得此微流體晶片能進行多樣化不同量之進料模式，因此對於多種檢測項目皆可於單一微流體晶片上完成，藉此可解決傳統對於不同檢測項目需更換不同微流體晶片及其電源供應器之複雜過程、簡化檢測系統之使用方式，並顯著地提昇微流體晶片的使用範圍。
圖式簡單說明
圖一(A)係習知典型之十字型微管道注射樣品流之示意圖。
圖一(B)係習知典型之雙T型微管道注射樣品流之示意圖。
圖一(C)係習知典型之三T型微管道注射樣品流之示意圖。
圖二係本發明之多功能進料之微流體晶片結構示意圖。
圖三係本發明之具有多功能進料之微流體晶片系統之示意圖。
圖四係本發明之微流體晶片製造方法之流程圖。
圖五係本發明之多功能進料之微流體晶片影像圖。
圖六(A)係本發明之實施例一之十字型微管道進料模式之樣品導入過程之影像及電壓示意圖。
圖六(B)係本發明之實施例一之十字型微管道進料模式之樣品引入過程之影像及電壓示意圖。
圖六(C)係本發明之實施例一之十字型微管道進料模式之樣品導入過程之實驗數據圖。
圖六(D)係本發明之實施例一之十字型微管道進料模式之樣品引入過程之實驗數據圖。
圖七(A)係本發明之實施例二之雙T型微管道進料模式之樣品導入過程之影像及電壓示意圖。
圖七(B)係本發明之實施例二之雙T型微管道進料模式之樣品引入過程之影像及電壓示意圖。
圖七(C)係本發明之實施例二之雙T型微管道進料模式之樣品導入過程之實驗數據圖。
圖七(D)係本發明之實施例二之雙T型微管道進料模式之樣品引入過程之實驗數據圖。
圖八(A)係本發明之實施例三之三T型微管道進料模式之樣品導入過程之影像及電壓示意圖。
圖八(B)係本發明之實施例三之三T型微管道進料模式之樣品引入過程之影像及電壓示意圖。
圖八(C)係本發明之實施例三之三T型微管道進料模式之樣品導入過程之實驗數據圖。
圖八(D)係本發明之實施例三之三T型微管道進料模式之樣品引入過程之實驗數據圖。

 
　
十、申請專利範圍：
　 　　 1.一種多功能進料之微流體晶片，至少包含：至少一個樣品導入微管道；至少一個緩衝液微管道；至少一個樣品分離管道；至少三個樣品導出微管道，前述微管道之間係藉由至少四個T型微管道相互連接；及複數個儲存槽，係做為樣品及廢液儲存之用。
　　 2.如申請專利範圍第1項所述之多功能進料之微流體晶片，其中前述之晶片係可由玻璃或石英或高分子材料製成。
　　 3.如申請專利範圍第2項所述之多功能進料之微流體晶片，其中前述之高分子材料係可為：壓克力(PMMA)ˋ聚碳酸酯(PC)或聚二甲矽氧烷(PDMS)。
　　 4.如申請專利範圍第1項所述之多功能進料之微流體晶片，其進料模式至少包含：十字型微管道進料模式、雙T型微管道進料模式及三T型微管道進料模式。
　　 5.一種多功能進料之微流體晶片，至少包含：一具有至少四個T型相互連接之微管道，係做為樣品導入、導出及分離之用；及複數個儲存槽，係做為樣品ˋ緩衝液及廢液儲存之用。
　　 6.如申請專利範圍第5項所述之多功能進料之微流體晶片，其中前述具有至少四個T型相互連接之微管道之微流體晶片，至少包含：至少一個樣品導入微管道；至少一個緩衝液微管道；至少一個樣品分離管道；及至少三個樣品導出微管道，前述微管道之間係藉由至少四個T型微管道相互連接。
　　 7.一種具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，至少包含：一具有至少四個T型相互連接之微管道之微流體晶片，係做為樣品導入、導出及分離之用；及一電源供應裝置，係提供不同之電壓模式以做為樣品流驅動之用。
　　 8.如申請專利範圍第7項所述之具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，其中前述之至少四個T型相互連接之微管道係包含：至少一個樣品導入微管道；至少一個緩衝液微管道；至少一個樣品分離管道；及至少三個樣品導出微管道。
　　 9.如申請專利範圍第7項所述之具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，其中前述之電源供應裝置至少包含三組可切換式之電源供應器，其可依不同注射模式而設定驅動電壓。
　　 10.如申請專利範圍第7項所述之具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，其進料模式主要包含：十字型微管道進料模式、雙T型微管道進料模式及三T型微管道進料模式。
　　 11.如申請專利範圍第7項所述之具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，其中前述之電壓模式至少包含：十字型微管道電壓注射模式、雙T型微管道電壓注射模式及三T型微管道電壓注射模式。
　　 12.如申請專利範圍第7項所述之具有多功能進料之徽流體晶片之進料系統，其中前述之晶片係可由玻璃或石英或高分子材料製成。
　　 13.如申請專利範圍第12項所述之具有多功能進料之微流體晶片之進料系統，其中前述之高分子材料係可為：壓克力(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚二甲矽氧烷(PDMS)。
　　 14.如申請專利範圍第1項或第5項之多功能進料之微流體晶片，其中前述之微流體晶片係可經由下列步驟製成：提供一晶片基材作為晶片下板；塗佈一光阻層於前述晶片基材上；依序進行光刻、光阻顯影、蝕刻、光阻剝除程序；提供另一晶片基材作為晶片上板；於前述晶片上板鑽孔；及結合晶片上板和底板以形成完整之微流體晶片。
　　 15.如申請專利範圍第14項所述之多功能進料之微流體晶片，其中前述之晶片基材係可為玻璃或石英或高分子材料。
　　 16.如申請專利範圍第15項所述之多功能進料之微流體晶片，其中前述之高分子材料係可為：壓克力(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或聚二甲矽氧烷(PDMS)。
　
十一、圖式：
　  
　









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