092_093-004AP-TW

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092_093-004AP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

發明專利說明書


※申請案號：093106310	※I P C 分類：

一、	發明名稱：
	用於微流體晶片之微型連接器及其製造方法(全文下載)

二、

中文發明摘要：

本發明係關於一種可用於微流體晶片之微型連接器及其製造方法。該微型連接器係利用金屬線作為連接管道之成形元件，將高分子材料以一體成型之灌模方式製成。使用時不需黏著劑、機械鑽孔、精準對位，即可作為連接微流體管道與毛細管之用，達到消除滯留體積的目的，增強毛細管電泳、液相層析與質譜檢測時分析訊號強度及減小樣品之污染。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第一圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：
	1．．．毛細管
	2．．．基材
	21．．．微流管道
	3．．．連接管道
	4．．．高分子材料
	8．．．無滯留體積介面
	10．．．微型連接器

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]	本發明係關於一種用於微流體晶片之微型連接器及其製作方法，係可應用於醫療偵測等各種分析領域。
	【先前技術】
[n]	生物晶片並未有明確的定義與分類，一般而言係指以矽晶片、玻璃或高分子為基材，配合微小化技術整合微機電、光電、化學、生化、醫學工程及分子生物學等領域，用以執行醫療檢驗、環境檢測、食品檢驗、新藥開發、基礎研究、軍事防禦、化學合成等用途的精密微小化設備。目前市面上將生物晶片分為基因晶片 (genechip)、蛋白質晶片(protein chip)及縮微實驗室晶片(lab-on-a-chip)三大類，其中，縮微實驗室晶片的功能依不同的需求進行設計，在微晶片上進行不同的反應。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，微小化除了帶來輕、薄、短、小的優點之外，並可以大幅提高各種偵測的效能以及速度。理論上能夠被整合的微元件包括進樣裝置、濃縮裝置、化學反應器、電泳分析、層析分析、質譜分析等裝置。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。因此，使樣品進入微流道的連接技術就顯得格外重要。將極小滯留體積微型連接器應用於樣品的進樣與傳輸上，將使生物晶片更具發展潛力以及市場價值。
[n]	傳統上，使用在微流體生醫檢測晶片的連接器係使用精密機械鑽孔，並利用鐵氟龍管與環氧樹酯將毛細管與微流管道連接。但存有對準不易的問題，因而在接合處會產生滯流體積，導致稀釋樣品濃度而減低偵測訊號，甚至有前次樣品造成污染之問題；此外，傳統連接器之製造方法會使用黏著劑接合毛細管與微流體管道，如此，常導致黏著劑阻斷微流管道之缺點。另一種常見的連接器之製作方式係使用深式反應式離子蝕刻製作出與毛細管緊配合的孔洞。但是此種製作方式需使用複雜而昂貴之設備，使得製作成本高，而且只適用於矽基材，不利於生物晶片的應用。
	【發明內容】
[n]	有鑑於傳統使用在微流體晶片的連接器所具有滯留體積之缺陷與弊端。本發明之目的係在提供一種用於微流體晶片、具有極小滯留體積之微型連接器及其製造方法。該微型連接器在製程上使用高分子灌模方式，具有便宜、快速、簡易、不用對準等優點，而在微型連接器操作上具有極小滯留體積、可抽換毛細管、高整合性等優點。
[n]	本發明之目的係提供一種微型連接器，係可用於微流體晶片，該微型連接器包含：一毛細管，其係作為樣品導入；一具有微流管道之基材，其中前述微流管道係使樣品進樣至微流體晶片分析系統；及一連接管道，係用以連接前述毛細管與前述微流管道。
[n]	前述微流管道之基材係為石英、玻璃、矽晶片、高分子塑膠材料或其他具有相同功效之材質。
[n]	前述連接管道係以高分子灌模材料形成或以其他可取代方式製成。前述液態高分子材料係包含壓克力、聚碳酸酯、聚二甲基矽氧烷或環氧樹脂，較佳係為環氧樹脂。
[n]	本發明之另一目的係提供一種微型連接器之製造方法，其步驟包含：提供一微型連接器外模、一成型元件及一留置元件，其中前述留置元件包含一具有微流管道之基材及一毛細管，且成型元件之外徑需小於毛細管內徑；將成型元件穿過留置元件之毛細管及微流管道；將含有前述成型元件之留置元件置於微型連接器外模中；灌入液態高分子材料於前述微型連接器外模中；等待前述液態高分子材料固化；取出成型元件；及脫模前述微型連接器外模。
[n]	前述成型元件係可為金屬材質或任何不與灌模材料反應之材料，較佳係為金屬線，更佳係為鎳製金屬線。
[n]	前述微流管道之基材係為石英、玻璃、矽晶片、高分子塑膠材料或其他具有相同功效之材質。
[n]	前述高分子灌模材料係為壓克力、聚碳酸酯、聚二甲基矽氧烷或環氧樹脂，較佳係為環氧樹脂。
[n]	前述微型連接器外模係為灌入液態高分子材料之所需外模，係由耐熱塑膠材料製成，較佳係為壓克力。
[n]	本發明係利用高分子材料以一體成型之灌模製造方式，以金屬線(亦可以其他材料取代)做為連接管道之成型元件，直接連接微流管道與毛細管，達到消除微流管道與毛細管間滯留體積的目的。此外，連接器上的毛細管可以進行抽換，更重要的是，本發明之極小滯留體積微型連接器可以應用於連接任何基材的微流體裝置，對於發展整合性微型分析晶片系統有非常大之助益。
	【實施方式】
[n]	第一圖係顯示本發明之微型連接器10之結構側視圖，包含：一毛細管1，其係作為樣品導入；一具有微流管道21之基材2，其中前述微流管道21係使樣品進樣至微流體晶片分析系統(圖未顯示)；及一連接管道3，係用以連接前述毛細管1與微流管道21。
[n]	前述連接管道3係藉由液態高分子材料4以灌模技術一體成型於微型連接器10中，以消除毛細管1與微流管道21在連接時兩者間之滯留體積。
[n]	本發明之用於微流體晶片之微型連接器製造流程如第二圖所示，其步驟包含：提供一微型連接器外模、一成型元件(例如：金屬線)及一留置元件，其中前述留置元件包含一具有微流管道之基材及一毛細管，且成型元件之外徑需小於毛細管內徑；將成型元件穿過留置元件之毛細管及微流管道；將含有前述成型元件之留置元件置於微型連接器外模中；灌入液態高分子材料於前述微型連接器外模中；等待前述液態高分子材料固化；取出成型元件；及脫模前述微型連接器外模。最後即可製得一體成型之微型連接器。
[n]	關於上述各步驟藉由第三(A)圖、第三(B)圖、第三(C- 1)圖、第三(C-2)圖及第三(D)圖詳細說明。本發明之製造方法主要係包含下列步驟：提供一微型連接器外模5、成型元件6及留置元件7，該留置元件7 則包含微流管道21及毛細管1；其中成型元件6(例如：金屬線)外徑須小於留置元件7之微流管道21在基材2之深度(即微流管道21之內徑)，且成型元件 6之外徑亦需小於留置元件7之毛細管1之內徑。如第三(A)圖所示，將成型元件6先穿入毛細管1內徑，接著如第三(B)圖所示，將成型元件6及留置元件7 置於微型連接器外模5中，接著將穿過毛細管1之成型元件6再穿入微流管道21內，成型元件6應往微流管道21內延伸，以免灌模時高分子材料4阻斷微流管道 21。
[n]	然後，如第三(C-1)圖所示，灌入液態高分子材料4於微型連接器外模5中；利用真空方式去除高分子材料4之氣泡，之後利用熱烤使液態高分子材料4固化。第三(C-2)圖為微型連接器10側視圖，由於微流管道21 表面對高分子材料4的表面毛細作用力比成型元件6表面更高，因此，在液-固-氣介面處形成圓錐形，造成無滯留體積介面8。如第三(D)圖所示，抽出成型元件6以形成連接管道3，該連接管道3與毛細管1無接縫，並在該出口處形成無滯留體積介面8。最後，將連接器外模5脫離，形成一體成型之微型連接器10。
[n]	第四圖係為成型元件6未抽離前之微型連接器影像圖，由於微流管道21表面所受高分子材料4的表面毛細作用力比成型元件6表面大，因此，在液-固-氣介面處形成圓錐形，造成無滯留體積介面8。
[n]	第五圖係顯示透過本發明之一體成型之灌模製造方法所製成之微型連接器影像圖，其中連接管道3與毛細管1接合處係一體成型，可消除傳統毛細管與晶片接合處的滯流體積並解決傳統上機械鑽孔對位的問題。本發明之微型連接器使樣品在微流管道的順暢度大為提高，可解決殘留樣品之污染問題，亦可減少樣品濃度稀釋的效應。因此，本發明之微型連接器係可增加生化分析的訊號。
[n]	以下係藉由實施例說明利用本發明之極小滯留體積微型連接器於樣品進樣並分析之應用。
[n]	本實施例係使用本發明之微流體晶片之微型連接器應用於若丹明染料(Rhodamine B)的進樣實驗。第六圖為微型連接器應用於若丹明染料進樣實驗之儀器裝置圖。利用樣品自動取樣單元9將10μM若丹明染料每次以60nl的體積輸送入毛細管1，其中毛細管1之外徑為375μm，內徑為50μm。然後藉由微型連接器10將樣品輸送至微流管道21中，其中微流管道21係將微流管道基材2蝕刻 35μm深而製成。以螢光激發單元11激發若丹明染料之螢光，利用螢光偵測單元12進行螢光訊號分析。為了比較本發明微型連接器10之效能，使用傳統的鐵氟龍管與環氧樹酯所製作的連接器做為對照組。
[n]	本實施例中，螢光偵測位置係在微流管道21進口1公分處。利用本發明微型連接器10偵測60nl的10μM若丹明染料進樣之螢光訊號強度。為了定量樣品濃度稀釋效應，在經過4次進樣分析後，將整個微流管道21充填滿10μM若丹明染料做為10μM濃度之螢光基準訊號。
[n]	第七(A)圖及第七(B)圖係分別顯示本實施例之樣品進樣分析結果，其中第七(A)圖為利用傳統的鐵氟龍管與環氧樹酯所製作連接器之螢光訊號圖。如第七(A)圖所示，樣品通過傳統連接器造成高達4倍的濃度稀釋效應。第七(B)圖係為使用本發明之微型連接器之螢光訊號圖。由圖中顯示，透過本發明之微型連接器可獲得穩定的螢光訊號，而且只有2倍的濃度稀釋效應。本實施例說明本發明之極小滯留體積微型連接器確實能達到增強螢光偵測訊號之目的。
[n]	綜上所述，使用本發明之極小滯留體積微型連接器時不需黏著劑、機械鑽孔、精準對位，即可作為連接微流管道與毛細管之用，達到消除滯留體積的目的，進而增強分析訊號強度及減小樣品之污染，可廣泛作為各種微流體晶片模組間之連接介面。
[n]	雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此，本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
	【圖式簡單說明】
[n]	第一圖係為本發明之微型連接器之結構側視圖。
[n]	第二圖係為本發明之微型連接器製造流程圖。
[n]	第三(A)圖係為本發明之微型連接器製造流程之裝置示意圖。
[n]	第三(B)圖係為本發明之微型連接器製造流程之裝置示意圖。
[n]	第三(C-1)圖係為本發明之微型連接器製造流程之裝置上視示意圖。
[n]	第三(C-2)圖係為本發明之微型連接器製造流程之裝置側視示意圖。
[n]	第三(D)圖係為本發明之微型連接器製造流程之裝置示意圖。
[n]	第四圖係為本發明之微型連接器成型元件未抽離前之實體影像圖。
[n]	第五圖係為本發明之一體成型之灌模製造方法所製成之微型連接器之連接管道與毛細管接合處實體影像圖。
[n]	第六圖係為本發明之微型連接器應用於若丹明染料進樣實驗之儀器裝置圖。
[n]	第七(A)圖係為利用傳統的鐵氟龍管與環氧樹酯所製作連接器之螢光訊號圖。
[n]	第七(B)圖係為使用本發明之微型連接器之螢光訊號圖。
	【主要元件符號說明】
[y]	1．．．毛細管
[y]	2．．．基材
[y]	21．．．微流管道
[y]	3．．．連接管道
[y]	4．．．高分子材料
[y]	5．．．微型連接器外模
[y]	6．．．成型元件
[y]	7．．．留置元件
[y]	8．．．無滯留體積介面
[y]	9．．．自動取樣單元
[y]	10．．．微型連接器
[y]	11．．．螢光激發單元
[y]	12．．．螢光偵測單元

七、

申請專利範圍：

1.一種微型連接器，包含：一毛細管，其係作為樣品導入；一具有微流管道之基材，其中前述微流管道係使樣品進樣至微流體晶片之分析系統；及一連接管道，係用以連接前述毛細管與前述微流管道。
2.如申請專利範圍第1項所述之微型連接器，其中前述微流管道之基材係為石英、玻璃、矽晶片、高分子塑膠材料或其他具有相同功效之材質。
3.如申請專利範圍第1項所述之微型連接器，其中前述連接管道係以高分子材料灌模形成。
4.如申請專利範圍第3項所述之微型連接器，其中前述高分子材料係為壓克力，聚碳酸酯、聚二甲基矽氧烷或環氧樹脂。
5.如申請專利範圍第4項所述之微型連接器，其中前述高分子材料係為環氧樹脂。
6.一種微型連接器之製造方法，包含：提供一微型連接器外模、一成型元件及一留置元件，其中留置元件包含一具有微流管道之基材及一毛細管；將成型元件穿過留置元件之毛細管及微流管道；將含有前述成型元件之留置元件置於微型連接器外模中；灌入液態高分子材料於前述微型連接器外模中；等待前述液態高分子材料固化；取出成型元件；及脫模前述微型連接器外模。
7.如申請專利範圍第6項所述之微型連接器之製造方法，其中前述成型元件係可為金屬材質或任何不與灌模之液態高分子材料反應之材料。
8.如申請專利範圍第7項所述之微型連接器之製造方法，其中前述成型元件係為金屬線。
9.如申請專利範圍第8項所述之微型連接器之製造方法，其中前述金屬線係為鎳製金屬線。
10.如申請專利範圍第6項所述之微型連接器之製造方法，其中前述微型連接器外模係由耐熱塑膠材料製成。
11.如申請專利範圍第10項所述之微型連接器之製造方法，其中前述耐熱塑膠材料係為壓克力。
12.如申請專利範圍第6項所述之微型連接器之製造方法，其中前述液態高分子材料係為壓克力、聚碳酸酯、聚二甲基矽氧烷或環氧樹脂。
13.如申請專利範圍第12項所述之微型連接器之製造方法，其中前述液態高分子材料係為環氧樹脂。
14.如申請專利範圍第6項所述之微型連接器，其中前述成型元件之外徑需小於毛細管內徑。

八、	圖式：
	第一圖第二圖第三(A)圖第三(B)圖第三(C-1)圖第三(C-2)圖第三(D)圖第四圖第五圖第六圖第七(A)圖第七(B)圖

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