193_090-031AP-TW

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193_090-031AP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

DTD版本：

1.0.0

發明專利說明書


※申請案號：090124212	※I P C 分類：

一、	發明名稱：
	使用微流體模組之樣品分析系統(全文下載)

二、

中文發明摘要：

本發明係有關一種使用微流體模組之樣品分析系統，主要係包含：一微流體模組，係作為樣品導入質譜儀之界面；一質譜儀，係作為偵測前述樣品產生之離子訊號之用；一電源供應器，係提供電壓於前述微流體模組之用，及一訊號處理裝置，係作為處理前述質譜儀產生之訊號之用。利用前述微流體模組將欲分析之微量蛋白質、DNA、藥物等樣品導人前述質譜儀中以獲得樣品之離子訊號，前述訊號再透過訊號處理裝置處理獲得質譜圖以進行分析與鑑定。本發明以微流體模組作為界面，容易連接其他不同功能之微流體晶片進行整合性分析，因而大幅提昇本發明系統之應用性，具有操作更容易、可重複使用及可拋棄等優點。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第（　　）圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
[n]	本發明係有關一種使用微流體模組之樣品分析系統，尤指一種利用微流體模組將欲分析之微量蛋白質、DNA、藥物等樣品導入質譜儀中以獲得樣品之離子訊號，前述訊號再透過訊號處理裝置處理獲得質譜圖以進行分析與鑑定，具有容易連接其他不同功能之微流體晶片進行整合性分析、大幅提昇應用性、操作更容易、可重複使用及可拋棄等優點之使用微流體模組之樣品分析系統。
	【先前技術】
[n]	隨著人類基因體計劃之發展，目前在生物醫藥研究領域上已有許多預言產生。在數年之內，完整的人類基因組序列資料庫將可獲得，如此有助於科學家了解疾病發生之各種機制，且透過對基因體資訊的了解，經由大分子藥物之研究，可大幅降低新藥開發之成本及時間，進而提昇疾病治療之效果[Electrophoresis 1999, 20, 2100-2110]。然而，如何將基因序列之資訊加以利用及發揮，至今仍是一個被廣泛討論的問題。很明顯的是，藉由使用最佳之質譜儀方法，對於生物醫藥研究者有興趣的蛋白質，可經由與蛋白質序列資料庫比對後找尋其特性[Electrophoresis 2000, 21, 2105-2114]。如此將可發展蛋白質組完整之系統分析，其係由細胞群組中之完整基因體所表現，即是所謂的蛋白質體。蛋白質體係如同基因體概念之語言，蛋白質體研究或蛋白質體學，係指利用大規模之蛋白質鑑定技術來進行蛋白質體本身，及蛋白質功能分析之相關研究[Science 1995, 270, 369-371]。
[n]	為了達到大規模蛋白質之分析，已有人預測利用微小化製程裝置係可提供有效的替換溶劑至不同裝置[Electrophoresis 2001,22,208-216]。微小化製程提供至少兩項重要之優點，微小化及整合性，因此可以低成本情況下量產微裝置，以用來進行大規模之化學分析[Electrophoresis 2001,22,187-207]。經由微小化製程技術製成之微流體晶片係已用於執行化學反應、分離及鑑定，實驗室晶片(lab-on-a-chip)係為前述微流體系統之一種型態。近來大家已注意到，將微流體用於調整控制液體溶劑係可與同時期之研究成果相容，用以製造微小化電噴灑或奈升電噴灑，及離子源以用於質譜儀。目前已有許多有關描述結合電噴灑游離式質譜儀(ESI-MS)或奈升電噴灑游離式質譜儀(nano-ESI-MS)系統之各種微流體裝置之論文被發表或審閱[Anal. Chem. 1997, 68, 1174-1178]。
[n]	大部分用於電噴灑游離式質譜儀之微流體裝置係使用玻璃或石英作為基材[Electrophoresis 2000, 21, 181-190]。前述玻璃/石英材質之微流體裝置之微流體管道，係藉由傳統微影圖案(photolithographic)、濕式化學蝕刻(BOE)及覆蓋物結合程序所製成[Anal. Chem. 1997, 69, 426-430]。目前已有數篇報導係描述聚合物材質之應用，如：二甲苯塑膠(parylene)[Anal. Chem. 2000, 72, 367-375]、聚碳酸酯(polycarbonate)[Anal. Chem. 1998, 70, 3553-3556]、聚(二甲矽氧烷)(poly(dimethylsiloxane)(PDMS))[Anal. Chem. 1999, 71, 4437-4444]及壓克力(poly(methylmethacrylate)(PMMA))[Anal. Chem. 2001, 73, 1286-1291]，作為微小化製造之電噴灑游離式質譜儀裝置。使用於變化聚合物基材之微小化製造方法，從簡單的刀子切割(knife cutting)、複製壓模(replica molding)、UV雷射切削加工(UV laser machining)、X-ray石版術(X-ray lithography)到複雜的微加工製成等，以用於一石英/二甲苯塑膠混合之基材上。
	【發明內容】
[n]	本發明之目的在於提供一種使用微流體模組之樣品分析系統，利用微流體模組將欲分析之微量蛋白質、DNA、藥物等樣品導入質譜儀中以獲得樣品之離子訊號，前述訊號再透過訊號處理裝置處理獲得質譜圖以進行分析與鑑定，具有容易連接其他不同功能之微流體晶片進行整合性分析、大幅提昇應用性、操作更容易、可重複使用及可拋棄等優點。
[n]	為達成前述目的，本發明之使用微流體模組之樣品分析系統主要包含：一微流體模組，係作為樣品導入質譜儀之界面；一質譜儀，係作為偵測前述樣品產生之離子訊號之用；一電源供應器，係提供電壓於前述微流體模組之用，及一訊號處理裝置，係作為處理前述質譜產生之訊號之用。
[n]	前述微流體模組係包含：一上板，其上具有複數孔洞，係作為樣品儲存槽；一下板，其上具有至少兩個微通道；及一電噴灑離子化發射體(ESI emitter)，係作為使樣品產生奈升電噴灑離子化(nano-ESI)之用。前述至少兩個微通道之末端係分別對應前述上板之複數孔洞。
[n]	前述微流體模組係為高分子聚合物材質，藉由使用以石英為主之模板施以熱壓印製程技術所製成。
[n]	前述之高分子聚合物材質係為壓克力(PMMA)、二甲苯塑膠(parylene)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚二甲矽氧烷(PDMS)等。其中又以壓克力最佳。
[n]	前述微流體模組可以於低成本下量產，可作為可拋式裝置，且應用於微量樣品分析及鑑定時能獲得奈升-電噴灑游離式質譜儀裝置(nano-ESI-MS)之訊號。
[n]	前述之質譜儀係為串聯質譜儀(tandem mass spectrometer)。
[n]	前述訊號處理裝置係一電腦裝置。
[n]	依據前述使用微流體模組之樣品分析系統，前述樣品經由前述之一孔洞注入前述微流體模組之其中一微通道中，之後注入之樣品透過前述電源供應器輸入之電壓之電場作用所產生電滲透流(electroosmosis flow)導入前述電噴灑離子化發射體後噴灑產生樣品離子，再透過串聯質譜儀偵測前述樣品之離子(例如：胜肽(peptide)離子)訊號，最後經由前述訊號處理裝置將前述串聯質譜儀偵測之訊號以圖譜方式輸出。若前述分析之樣品為一蛋白質或DNA片段，經由前述分析過程獲得之訊號圖譜與蛋白質序列或DNA序列資料庫進行比對分析後，即可得知蛋白質之胺基酸序列及DNA片段之序列。
[n]	本發明另一目的在提供一種將毛細管(即前述電噴灑離子化發射體)連結至前述微流體模組之上板及下板之方法，該方法為：將一直徑略大於毛細管外徑之耐高溫之柱狀材料置於前述微流體模組之下板上之微通道末端；將前述上板與下板互相對齊夾蓋前述耐高溫之柱狀材料；施予一適當之壓印溫度壓印形成一適合放置毛細管之通道；取出前述耐高溫之柱狀材料；於前述通道中置入毛細管；及充填膠體至前述毛細管與上板及下板間之滯留體積。
[n]	前述之毛細管係為熔融矽材質。前述毛細管之末端漸細且塗佈一導體層。前述導體層係為銀導體膠。
[n]	前述之耐高溫之柱狀材料係金屬線。前述金屬線係為一鎳製金屬線。
[n]	前述之充填之膠體係為UV膠。
[n]	依據前述連結毛細管至前述微流體模組之方法，具有更容易製造及不會破壞微流體模組本身之結構強度等優點。
	【實施方式】
[n]	此實施例係比較使用本發明使用微流體模組之樣品分析系統100(如圖一所示)，及使用一般商業化之奈升噴灑噴嘴(Protana^TMnanospray tip)之樣品分析系統測得之全頻譜掃描質譜圖之結果。
[n]	在此實施例中，樣品為10pmol/μL舒緩激呔(bradykinin)標準液，質譜儀係使用三組四極矩之串聯質譜儀(API 365 triple quadrupole MS/MS)。實驗條件如下：微流體模組之結構如圖三所示，上板及下板之尺寸：寬為2公分、長為4公分及高為1.5公厘。
[n]	由圖四(A)及圖四(B)所示，係分別表示使用本發明之微流體模組之樣品分析系統，及使用商業化之奈升噴灑噴嘴之樣品分析系統測得之全頻譜質譜圖。將圖四(A)及圖四(B)相較後發現，兩圖譜在相同之雙質子化舒緩激呔(m/z=531，[M+2H]⁺⁺)及單質子化舒緩激呔(m/z1061，[M+2H]⁺)(M為舒緩激呔之分子量；H為氫原子)之主要波峰下，具有相似的雜訊，且前述兩主要波峰之強度也大約相同。由兩圖譜之結果顯示，前述兩種裝置相較之下具有相似之訊雜比(signal-to-noise ratio)，且使用本發明之微流體模組產生之訊號穩定性亦佳。
[n]	本發明相較於習知技術具有操作更容易、可重複使用及可拋棄，且容易連接其他不同功能之微流體晶片進行整合性分析之優點，因而大幅提昇本發明系統之應用性。
[n]	本實施例係測試使用本發明之使用微流體模組之樣品分析系統之再現性。使用之樣品及裝置皆與實施例一相同。
[n]	如圖五所示，係顯示透過本發明之使用微流體模組之樣品分析系統，於m/z=531([M+2H]⁺⁺)下偵測連續注射五次3 μL相同樣品之再現性。由圖五之圖譜顯示，使用本發明之微流體模組進行連續注射，係可得到良好之再現性。圖五之連續注射五次係以人工注射，若結合自動注射裝置將可使不同注射間之差異性更降低，進而提高再現性。且上述之結果亦表示，本發明之微流體模組可整合其他功能之微流體模組，如：晶片上胰蛋白反應模組(on-chip trypsin reactor module)、去鹽模組(desalting module)及預先免疫親和性萃取模組(frontal immunoaffinity-based extraction module)等，以提供整合性之多功能分析系統。
[n]	此實施例係使用本發明使用微流體模組之樣品分析系統100，分析由膠體電泳(SDS-PAGE gel)分離之牛血清蛋白(如圖二所示)。
[n]	此實施例中之樣品係由膠體電泳(SDS-PAGE gel)分離之1.5pmol牛血清蛋白之in-gel分解混合物，前述之牛血清蛋白係使用胰蛋白(trypsin)來分解，其他之裝置皆與實施例一相同。
[n]	由圖六所示，係顯示經由本發明之分析系統測得之質譜圖及其對應之序列片段(sequence tag:(595.2)(I/L)EN(951.4))。藉由本發明之微流體模組之樣品分析系統偵測之結果，可推斷出一序列片段，且利用該序列片段，可透過電腦軟體尋找蛋白質序列資料庫中對應之胺基酸序列，進而了解待測蛋白質樣品之特性。
[n]	當然，本發明之實施範圍只要不脫離本發明之要旨，可進行種種之變更，其保護範圍由以下之申請專利範圍所界定。
	【圖式簡單說明】
[n]	圖一係本發明之使用微流體模組之樣品分析系統之儀器裝置示意圖。
[n]	圖二係本發明之使用微流體模組之樣品分析系統之分析流程示意圖。
[n]	圖三係本發明之使用微流體模組之樣品分析系統之微流體模組之立體圖。
[n]	圖四(A)係由本發明之使用微流體模組之樣品分析系統測得之全頻譜掃描質譜圖，所分析之樣品為10pmol/μL舒緩激呔標準液。
[n]	圖四(B)係由使用一般奈升噴灑噴嘴(Protana^TMnanospray tip)之樣品分析系統測得之全頻譜掃描質譜圖，所分析之樣品為10pmol/μL舒緩激呔標準液。
[n]	圖五係顯示透過本發明之使用微流體模組之樣品分析系統，於m/z=531([M+2H]⁺⁺)下偵測連續注射五次3μL相同樣品之再現性，所分析之樣品為10pmol/μL舒緩激呔標準液。
[n]	圖六係由本發明之使用微流體模組之樣品分析系統，分析由膠體電泳(SDS-PAGE gel)分離之1.5pmol牛血清蛋白(bovine serum albumin)之in-gel分解混合物之質譜圖。
	【主要元件符號說明】
[y]	1．．．微流體模組
[y]	2．．．質譜儀
[y]	3．．．訊號處理裝置
[y]	4．．．電源供應器
[y]	11．．．上板
[y]	12．．．下板
[y]	13．．．電噴灑離子化發射體
[y]	14、15、16．．．孔洞
[y]	17、18．．．微通道
[y]	19．．．導體層
[y]	41．．．電極線
[y]	100．．．使用微流體模組之蛋白質分析系統

七、

申請專利範圍：

1.一種使用微流體模組之樣品分析系統，其主要包含：一微流體模組，至少包含有一上板，其上具有複數孔洞，係作為樣品儲存槽、一下板，其上具有至少兩個微通道及一電噴灑離子化發射體，係以熱壓印形成之通道連結前述電噴灑離子化發射體；一質譜儀，係作為偵測前述樣品產生之離子訊號之用；一電源供應器，係提供電壓於前述微流體模組之用；及一訊號處理裝置，係作為處理前述質譜產生之訊號之用。
2.如申請專利範圍第1項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之質譜儀係一串聯質譜儀。
3.如申請專利範圍第1項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之訊號處理裝置係一電腦裝置。
4.如申請專利範圍第1項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之微流體模組係為高分子聚合物材質。
5.如申請專利範圍第4項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之高分子聚合物材料係為壓克力、二甲苯塑膠、聚碳酸酯、聚二甲矽氧烷。
6.如申請專利範圍第5項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之高分子聚合物材料係為壓克力。
7.如申請專利範圍第1項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之熱壓印係於130℃下進行15分鐘。
8.如申請專利範圍第1項所述之使用微流體模組之樣品分析系統，其中前述之電源供應器係提供電壓至前述微流體模組以控制樣品導入及注射模式。
9.一種微流體模組，主要係包含：一上板，其上具有複數孔洞；一下板，其上具有至少兩個微通道；及一電噴灑離子化發射體，前述之上板及下板係以熱壓印於前述一微通道末端形成通道以連結前述電噴灑離子化發射體。
10.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，其中前述之複數孔洞係作為樣品儲存槽。
11.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，其中前述之至少兩個微通道，其中之一個微通道係作為樣品導入之用，另一個微通道係作為樣品導入前述電噴灑離子化發射體之用。
12.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，前述之電噴灑離子化發射體係提供樣品產生奈升-電噴灑離子化之用。
13.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，其中前述之上板及下板係為高分子聚合物材質。
14.如申請專利範圍第13項所述之微流體模組，其中前述之高分子聚合物材質係為壓克力、二甲苯塑膠、聚碳酸酯、聚二甲矽氧烷。
15.如申請專利範圍第14項所述之微流體模組，其中前述之高分子聚合物材質係為壓克力。
16.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，其中前述之熱壓印係於130℃下進行15分鐘。
17.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，其中前述之電噴灑離子化發射體係由一末端漸細之毛細管製成。
18.如申請專利範圍第17項所述之微流體模組，其中前述之毛細管係為熔融矽材質。
19.如申請專利範圍第17項或第18項所述之微流體模組，其中前述之毛細管末端係塗佈一導體層。
20.如申請專利範圍第19項所述之微流體模組，其中前述之導體層係為銀導體膠。
21.如申請專利範圍第9項所述之微流體模組，其中前述之微流體模組可整合其他功能之微流體模組，如：晶片上胰蛋白反應模組(on-chip trypsin reactor module)、去鹽模組(desalting module)及預先免疫親和性萃取模組(frontal immunoaffinity-based extraction module)等進行整合性分析。
22.一種將毛細管連結至如申請專利範圍第9項所述之微流體模組之上板及下板之方法係為：將一直徑略大於毛細管外徑之耐高溫柱狀材料置於前述下板之微通道末端；將前述上板與下板互相對齊夾蓋前述耐高溫之柱狀材料；施予一適當熱壓條件形成一適合放置毛細管之通道；取出前述耐高溫之柱狀材料；於前述通道中置入毛細管；及充填膠體至前述毛細管與上板及下板間之滯留體積。
23.如申請專利範圍第22項所述之方法，其中前述耐高溫柱狀材料係為金屬線。
24.如申請專利範圍第23項所述之方法，其中前述前述金屬線係為一鎳製金屬線。
25.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中前述鎳製電線之直徑為400μm。
26.如申請專利範圍第22項所述之方法，其中前述之毛細管係為一熔融矽材質。
27.如申請專利範圍第22項所述之方法，其中前述毛細管具有365μm外徑及50μm內徑。
28.如申請專利範圍第22項所述之方法，其中前述毛細管其中前述之毛細管末端係塗佈一導體層。
29.如申請專利範圍第22項所述之方法，其中前述之熱壓印條件為130℃下壓印15分鐘。
30.如申請專利範圍第22項所述之方法，其中前述之膠體係為UV膠。

八、	圖式：
	圖一圖二圖三圖四圖五圖六

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