连续式检测装置及连续式检测系统

摘要

一种连续式检测装置，用以检测流体中的目标物的浓度。连续式检测装置包括第一芯片、信号源以及第二芯片。第一芯片包括分离单元及反应单元。分离单元用以分离目标物及流体中的非目标物。反应单元用以使分离出非目标物的流体与试剂进行反应。信号源用以提供信号通过与试剂反应的流体。第二芯片设置在第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件及处理单元。信号转换元件用以接收通过流体的信号，并根据此信号输出电信号。处理单元用以根据电信号取得目标物的浓度。如此可连续地得到目标物的浓度信息，并根据目标物的浓度实时地进行相对应的处理程序。

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测装置及检测系统，并且特别是涉及一种连续式的检测装置及检测系统。

背景技术

一般常见的医学检测方法，通过抽血的方式来进行，例如利用抽血来进行患者血糖浓度、血球数量或肌钙蛋白(troponin)的浓度的检测。例如检测血糖浓度时，是在抽血之后利用光电原理或是电化学原理的家用型血糖检测仪器进行检测；或者在医疗中心中，利用离心机或大型生化分析仪器，将血球、血清分离之后进行检测。

然而目前血糖与血清的相关检测设备，均需要先独立进行抽血的操作，接着再将检体移至检测设备中进行分析。检测人员根据检测结果进行相对应的处置手段，例如施加打胰岛素等操作。这种手动检测的方式不仅耗时，并且无法立即针对患者的状况进行处置。此外，在检体移动的过程中，检体容易受到外界物质的污染；再者，若检体具有高度生化污染性时，大大增加了检测人员受到感染的机会。另外，一般市面上常见的检测设备，应用例如离心机分离或者毛细分离等血球分离技术，其具有血球容易破裂导致溶血现象，以及血球分离不完全等缺点，如此在很大程度上影响检测结果。再者，由于许多病症均需要长时间定时进行检测，传统手动的检测方法需要对患者重复用针，增加了检测的不便性以及患者受到感染的机会，同时造成医疗器材的浪费。

发明内容

本发明提供一种连续式检测装置及连续式检测系统，其利用将分离单元及反应单元集成(整合)于同一芯片上的方式，使得流体可在连续检测流程中依序通过分离单元及反应单元。目标物及非目标物可直接在芯片上进行分离，并且可直接在芯片上进行液体与试剂的反应，从而实时进行检测并取得目标物的浓度。如此可连续长时间地进行目标物浓度的监控，以随时根据目标物浓度的变化进行相对应的操作。

根据本发明的一个方面，提出一种连续式检测装置，用以检测流体中的目标物的浓度。连续式检测装置包括第一芯片、信号源以及第二芯片。第一芯片包括分离单元及反应单元。分离单元用以分离目标物及流体中的非目标物。反应单元用以使分离出非目标物的流体与试剂进行反应。信号源用以提供信号通过与试剂反应的流体。第二芯片设置在第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件(signaltransducing element)及处理单元。信号转换元件用以接收通过流体的信号，并根据信号输出电信号。处理单元用以根据电信号取得目标物的浓度。

根据本发明的连续式检测装置，其中，该第二芯片更包括：信号发生器，用以将波形信号提供到该至少一个反应通道，以产生该电湿效应。

根据本发明的连续式检测装置，更包括：壳体，该第一芯片、该信号源及该第二芯片设置在该壳体内；其中，该第一芯片以可抽换的方式设置在该壳体内。

根据本发明的连续式检测装置，其中，该信号源为发光元件，该信号为光线信号。

根据本发明的连续式检测装置，其中，该信号转换元件为光电转换器。

根据本发明的连续式检测装置，更包括：电池，耦接于该信号源及该第二芯片，以将电能提供到该信号源及该第二芯片。

根据本发明的连续式检测装置，其中，该第一芯片具有主流道，该主流道连接该分离单元及该反应单元，用以移送该流体。

根据本发明的连续式检测装置，其中，该信号转换元件及该处理单元经由集成(整合)半导体工艺形成在该第二芯片上。

根据本发明的另一方面，提出一种连续式检测系统，用以检测流体中的目标物的浓度。连续式检测系统包括连续式检测装置以及投药单元。连续式检测装置包括第一芯片、信号源及第二芯片。第一芯片包括分离单元及反应单元。分离单元用以分离目标物及流体中的非目标物。反应单元用以使分离出非目标物的流体与试剂进行反应。信号源用以提供信号通过与试剂反应的流体。第二芯片设置在第一芯片的一侧，并且包括信号转换元件及处理单元。信号转换元件用以接收通过流体的信号，并根据信号输出电信号。处理单元用以根据电信号取得目标物的浓度。投药单元耦接于处理单元，用以根据目标物的浓度调整投药浓度或投药频率。

根据本发明的连续式检测系统，其中，该连续式检测系统连接至外部电源，该外部电源用以至少将电能提供到该信号源及该第二芯片。

为了让本发明的上述目的、特征以及优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出根据本发明第一实施例的连续式检测系统的示意图；

图2示出图1中沿A-A’线的剖面图；以及

图3示出根据本发明第二实施例的连续式检测系统的示意图。

具体实施方式

根据本发明优选实施例的连续式检测系统，将用以分离流体中目标物及非目标物的分离单元以及用以使流体与试剂进行反应的反应单元集成于第一芯片上，并且将信号转换元件及处理单元集成于第二芯片上。当流体经由分离单元分离出非目标物之后，可直接在第一芯片上与试剂进行反应，并通过信号转换元件接收通过流体的信号，进一步取得目标物的浓度。如此可连续地得到目标物的浓度信息，并根据目标物的浓度实时地进行相对应的处理程序。以下提出第一及第二实施例并进行详细说明，此两个实施例仅用以作为范例说明，并不会限制本发明想要保护的范围。此外，实施例中的附图省略不必要的元件，以清楚显示本发明的技术特点。

第一实施例

请参照图1，其示出根据本发明第一实施例的连续式检测系统的示意图。连续式检测系统200主要包括连续式检测装置100，其用以检测流体中的目标物T1的浓度。连续式检测装置100包括第一芯片110、信号源130以及第二芯片120。第一芯片110包括分离单元113及反应单元115。分离单元113用以分离目标物T1及流体中的非目标物T2。反应单元115用以使分离出非目标物T2的流体与试剂进行反应。信号源130用以提供信号S通过与试剂反应的流体。第二芯片120设置在第一芯片110的一侧，包括信号转换元件123及处理单元125。信号转换元件123用以接收通过流体的信号S，并且根据接收的信号输出电信号。处理单元125用以接收电信号，并且根据电信号取得目标物T1在流体中的浓度。另外，连续式检测系统200更包括耦接于处理单元125的投药单元180，用以根据目标物T1的浓度调整投药浓度或者投药频率。连续式检测系统200利用分离单元113从流体中分离出非目标物T2，可提高检测目标物T1浓度的精确性。接着，流体与试剂直接在反应单元115中进行反应，并实时进行目标物T1浓度的检测，可缩短检测时间，使得投药单元180可立即根据目标物T1的浓度进行对应的调整操作。

更进一步来说，第一芯片110具有主流道(main fluidic channel)110a，其连接分离单元113及反应单元115，用以移送流体。主流道110a在第一芯片110的一侧边形成流体入口110c，含有目标物T1及非目标物T2的流体，由流体入口110c移送进入连续式检测装置100中。分离单元113例如包括电极组113a，其设置在主流道110a的两侧，用以在流体中产生介电泳力(dielectrophoretic force，DEPforce)，以分离流体中的目标物T1及非目标物T2。此外，本实施例的分离单元113除包括前述电极组113a之外，更可包括光镊夹(optical tweezers)113b，用以提供聚焦光线L到流体，聚焦光线L可为激光束。当聚焦光线L射向流体时，利用聚焦光线L的光子动量的转移，提供作用力到流体中的目标物T1及非目标物T2。光镊夹113b通过聚焦光线L的波长、强度分布、聚焦角度以及目标物T1及非目标物T2的形状、折射率及吸收率等特性，改变目标物T1及非目标物T2的移动方向，从而分离目标物T1及非目标物T2。关于光镊夹113b的工作原理，为相关技术领域中普通技术人员所熟知，此处不再加以赘述。如图1所示，根据本发明实施例的连续式检测系统200中，分离单元113同时包括电极组113a及光镊夹113b，从而有效地分离流体中的目标物T1及非目标物T2。然而，在不同的实施方式中，分离单元113中可择一地将电极组113a设置在主流道110a两侧，或者应用光镊夹113b，作为目标物T1及非目标物T2的分离机制。另一方面，分离出的非目标物T2可移送离开第一芯片110，以根据需求进行储存或废弃。

另外一方面，本实施例的反应单元115包括至少一个反应室115a及多条微流道(micro-fluidic channel)115b，此处反应单元115以包括多个反应室115a来进行说明。这些微流道115b连通主流道110a及这些反应室115a，通过分离单元113后的流体经由这些微流道115b进入这些反应室115a。这些反应室115a用以容置流体及试剂，使流体及试剂进行反应。与试剂反应后的流体接着进行目标物T1浓度的检测。本实施例中，试剂可例如是经由试剂传输单元(附图中未示出)移送进入这些反应室115a中。第一芯片110可为半导体芯片，这些反应室115a及这些微流道115b可通过光蚀刻(光刻，photolithography)工艺形成在第一芯片110上。此外，第一芯片110另可包括废液容置槽110b，连通这些微流道115b，并且设置在反应单元115的后方，用以容置反应后、检测后的流体及试剂。该废液容置槽110b可在形成这些反应室115a及这些微流道115b的光蚀刻的步骤中同时形成。请参照图2，其示出图1中沿A-A’线的剖面图。反应室115a有利地具有足够的空间以使流体及试剂在反应室115a中的滞留一段时间，使得流体及试剂可充分反应。另外，这些反应室115a的大小，以及反应室115a与微流道115b的连接方式，可根据不同的需求进行设计，本实施例不加以限制。此外，进入反应室115a的流体已分离出非目标物T2，可避免非目标物T2干扰目标物T1浓度的检测，提高检测的精确性。

此外，本实施例中信号源130可为发光元件，例如发光二极管，通过与试剂反应的流体的信号S例如是光线信号，信号转换元件123例如是光电转换器(photo-electro transducer)。实际应用上，第一芯片110对应于反应室115a的地方为透光材质，当发光元件朝向反应室115a发射光线信号时，该光线信号穿透通过反应室115a中的流体及第一芯片110，并且投射于光电转换器。光电转换器检测经由流体进行光吸收反应后的光线的强度或颜色，并且由此输出电信号至处理单元125。处理单元125根据电信号进行运算取得流体中目标物T1的浓度。本实施例中，第二芯片120可例如是半导体芯片，信号转换元件123及处理单元125可经由集成半导体工艺形成在第二芯片120上，相对简化连续式检测装置100的工艺步骤，以提高工艺效率并降低成本。

连续式检测装置100另包括壳体140，第一芯片110、信号源130及第二芯片120均设置在壳体140内，如图1所示。值得注意地是，本发明的实施例中，第一芯片110以可抽换的方式设置在壳体140内，使连续式检测装置100可通过抽换第一芯片110来进行不同流体检测，避免不同流体间交互污染的问题。此外，连续式检测装置100更可包括电池129，耦接于信号源130及第二芯片120，用以提供电能至信号源130及第二芯片120。电池129可例如是设置在壳体140内，使得连续式检测装置100不需外接电源即可工作。

再者，连续式检测系统200可另包括显示单元190，耦接于处理单元125，用以根据目标物T1的浓度显示检测结果画面，让使用者可轻易得知检测的情形，提高使用的便利性。

以下将本发明第一实施例的连续式检测系统200，以应用于检测血液中的葡萄糖浓度为例进行说明。受测者的血液经由检体传输单元(例如抽血针筒)，移送进入连续式检测装置100的第一芯片110，检体传输单元连接于受测者及流体入口110c。血液接着经由主流道110a移送至分离单元113，通过分离单元113将血球(非目标物T2)自血液中分离。含有葡萄糖(目标物T1)的血清接着移送至反应单元115。在反应单元115中，血清由微流道115b移送至反应室115a中，血清中的葡萄糖分子在反应室115a中与试剂进行反应。反应室115a有利地具有足够的容量，使葡萄糖与试剂在反应室115a中滞留一段时间，以进行充分反应。接着，例如是发光二极管的信号源130提供光线信号穿过反应后的血清，以进一步通过血清的光吸收反应检测葡萄糖的浓度。信号转换元件123接收通过血清后的光线，并且根据光线的强度输出电信号至处理单元125。处理单元125根据电信号进行比对以及运算，以取得葡萄糖的浓度。显示单元190根据处理单元125取得的葡萄糖浓度显示检测结果画面，使得检测人员得知葡萄糖浓度是否正常。更进一步地，投药单元180根据处理单元125取得的葡萄糖浓度，调整注射至受测者的药物的浓度以及注射药物的间隔时间，以对应调整受测者的血糖浓度。另一方面，检测完毕后的血清接着移送至废液容置槽110b，以储存在连续式检测装置100中，避免血清离开连续式检测装置100，可降低感染及污染的危险性。此外，当进行另一受测者的血液检测时，仅需将第一芯片110自壳体140中抽出，并将另一第一芯片更换入壳体140内，如此可避免交互感染以及检测检体错误的现象。

上述利用本发明第一实施例的连续式检测系统200检测血糖浓度的方式，可定时定量并且连续地从受测者取得检体，以无须离线处理的方式直接进行血糖浓度的检测，并可实时由投药单元180调整投药浓度及投药频率。其具有不需重复用针、快速检测血糖浓度、提高检测精确度、免除外界污染以及避免血液感染等优点。上述根据本发明第一实施例的连续式检测系统200以应用于检测血液中的葡萄糖浓度为例进行说明，然而本发明实施例的技术不限制于此。本实施例的连续式检测系统200也可应用于其它化学物质、医学检体、生物检体或其它具有连续长时间检测需求的流体的检测。

第二实施例

本实施例的连续式检测系统与上述根据本发明第一实施例的连续式检测系统，不同之处主要在于第一芯片的设计方式，其余相同之处省略不再重复赘述。

请参照图3，其示出根据本发明第二实施例的连续式检测系统的示意图。连续式检测系统400包括连续式检测装置300以及投药单元380。连续式检测装置300包括第一芯片310、信号源330及第二芯片320。第一芯片310包括分离单元313及反应单元315。分离单元313用以分离流体中的目标物T1及非目标物T2，并且包括电极组313a或光镊夹313b，或同时包括电极组313a及光镊夹313b。在有利的实施方式中，反应单元315包括至少一个反应通道310d，反应通道310d的两端分别接收流体及试剂，并且通过电湿效应(电湿润效应，electrowetting effect)控制流体及试剂进入反应通道310d内以进行反应。信号源330用以提供信号S’通过与试剂反应的流体，信号S’可为光线信号，并且其通过位于反应通道310d中的流体及试剂。第二芯片320包括信号转换元件323、处理单元325及信号发生器(波形产生器，function generator)327。信号发生器327用以提供波形信号至反应通道310d，使反应通道310d可产生电湿效应。此外，信号发生器327更可提供波形信号至电极组313a，以针对不同的非目标物T2改变介电泳力的大小及模式(pattern)。

更进一步来说，反应通道310d例如是与第一芯片310的主流道310a及废液容置槽310b在相同的光蚀刻工艺中形成在第一芯片310上。另外，第一芯片310上更具有试剂移送流道310e，试剂移送流道310e的一端连接试剂槽(附图中未示出)，用以移送试剂进入第一芯片310；试剂移送流道310e的另一端连接反应通道310d。反应通道310d利用电湿效应改变其侧壁亲疏水性质，从而控制主流道310a中流体以及试剂进入反应通道310d中进行反应。另一方面，通过反应通道310d的电湿效应，更可使反应通道310d中的流体及试剂形成聚焦液滴，用以将光线信号聚焦，可提高信号转换元件323接收信号S’的准确性，并且可节省进行检测的流体及试剂的用量。

另外，本实施例的连续式检测系统400连接至外部电源E，用以提供稳定的电能至电极组313a、光镊夹313b、信号源330及第二芯片320。再者，连续式检测装置300另可包括壳体340，第一芯片310、信号源330及第二芯片320设置在壳体340内。此外，连续式检测系统400另可包括显示单元390，用以显示检测结果画面。

上述根据本发明第一及第二实施例的连续式检测系统，将分离单元及反应单元集成到单一芯片上，可减小检测装置的体积，并且利用连续式的检测方式，可持续得到目标物的浓度信息，从而实时进行相对应的处理程序，达到实时监控的效果。此外，通过非离线的检测过程，可避免流体外露造成感染，或是外界物质进入导致污染的问题。另外，信号转换元件、处理单元及信号发生器可通过集成半导体工艺形成，可节省工艺步骤及成本。再者，通过直接抽换第一芯片的方式，可避免不同流体或不同受测者间交互感染的问题。此外，由于流体中微粒黏着于管壁导致流道受到阻塞，使得检测无法顺利进行时，也可经由抽换第一芯片的方式来迅速排除。其次，利用在反应通道形成电湿效应而产生聚焦液滴，可提高检测精确度，并且减少流体的需要量，并节省试剂的用量。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作出各种更动与修饰。因此，本发明的保护范围应当以随后所附的权利要求的范围为准。

主要元件符号说明

100、300：连续式检测装置      110、310：第一芯片

110a、310a：主流道            110b、310b：废液容置槽

110c：流体口                  113、313：分离单元

113a、313a：电极组            113b、313b：光镊夹

115、315：反应单元            115a：反应室

115b：微流道                  120、320：第二芯片

123、323：信号转换元件        125、325：处理单元

129：电池                     130、330：信号源

140、340：壳体                180、380：投药单元

190、390：显示单元            200、400：连续式检测系统

310d：反应通道                310e：试剂移送流道

327：信号发生器               E：外部电源

L：聚焦光线                   S、S’：信号

T1：目标物                    T2：非目标物。