TWI545323B - 一種離心式磁性粒子操縱與檢測裝置及其運作方法 - Google Patents

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Description

一種離心式磁性粒子操縱與檢測裝置及其運作方法
一種離心式磁性粒子操縱與檢測裝置及其運作方法，尤指一種可以透過轉速控制在上下兩個磁場磁力間的離心力大小以決定試劑中之磁珠移動位置的離心式磁性粒子操縱與檢測裝置及其運作方法。
酵素連結免疫分析法(ELISA,enzyme-linked immunosorbent assay)儼然已是生化檢驗上檢測特定蛋白質的方法，其原理係利用抗原與抗體之間的專一性，以酵素的呈色反應來進行化學或是生物分子的定量分析。
該技術最早由Engvall與Perlmann等人於1972年建立，因其檢測訊號具有高度靈敏度，所以常被應用於實驗室及臨床醫學檢驗，其中以三明治酵素連結免疫分析法(Sandwich ELISA)為例，該實驗中需要陸續加入捕捉抗體(Capture antibody)、抗原(Antigen)、連結上酵素的偵測抗體(Detection antibody labeled with HRP)、呈色液進行反應。
在上述的每個步驟中又各自需要一段培育時間(Incubation time)以及清洗(Wash)步驟，因此，整個程序除了費時費工之外，加上傳統的執行方式大多使用96孔微滴定盤(Microtiter plate)來進行，在裝載(load)樣本時也容易因人為的操作微量滴管(Micropipette)失誤，進而影響檢測的結果。
施行ELISA時需將抗體抗原事先固定於基材上，間接型的鍵結方法降低了銜接效率，因此需要透過更多的試劑量或是更長的時間來改善，甚至會有非特異性蛋白的吸附而造成背景值的提升，繁瑣的檢測過程導致整個檢測往往需要數小時甚至數天來進行反應。
為了改善傳統ELISA使用96孔微滴定盤進行檢測所造成之缺失，有部分學者提出利用生物學檢測常用的離心方式與ELISA進行結合，也就是現在通稱的CD ELISA(Compact Disc ELISA)。
現有的CD ELISA中作為離心主體的主要是利用一種外觀類似光碟(Compact Disc)的碟體(有時稱為晶片(Chip))來進行離心式檢測，主要的設計方式係將抗體/抗原事先包被於碟體基材表面，將微流體碟體刻劃多組微流道，並在微流道上設計數個儲存槽，於儲存槽下方設置微流閥門。
當微流體碟體處於低轉速離心時，液體在儲存槽通往微流閥門的入口處會形成一液氣表面，此時液體的內部有來自離心作用下所形成的液體壓力，而在液氣表面上會因表面張力產生一阻止液體前進的毛細壓力，當液體壓力低於毛細壓力時，液體會保留在儲存槽中，而隨著離心轉速提高，液體壓力跟著增加，直到液體所受之離心力大於毛細壓力時，便會突破微流閥門，使儲存槽中的液體釋放出來。
利用離心轉速控制的原理，便可輕易控制試劑依照檢測流程依序釋放，檢測人員只需預先將試劑注入各儲存槽，便可自動化執行試劑依序釋放以及培育(incubation)混合反應，完成檢測程序，再加上在此系統中試劑體積需求量小且反應的表面積大，可加速反應進行，使整體的檢 測時間縮短至1~2小時即可完成。
然而，這類設計看似完美，卻隱藏著兩大問題；第一，微流閥門的穩定性不佳，第二，微小固相基材包被技術困難及穩定性不佳。
上述設計看似能依照控制轉速達到依序釋放試劑的效果，但在實際檢測中，突破轉速並非一個定值，其值落在突破轉速平均值的正負20%範圍之內，此時會影響依序釋放試劑的正確性，當各微流閥門的突破轉速差距不夠大，會形成突破轉速範圍重疊的情況，可能會使得在相同轉速下有數個微流閥同時被突破，導致原有檢測程序的改變，造成測試失敗。
除此之外，要在微小尺寸(1~2mm)的碟體基材上進行抗原/抗體包被，其技術十分困難且其包被效果不甚穩定，往往會造成數據波動較大。
有鑑上述設計闕失，有部分學者著手於改良微流閥門設計及固相載體包被方法，例如以石蠟閥門取代微流閥門作為阻擋液體釋放的裝置，其原理係以低熔點的石蠟阻擋閥門，使液體於儲存槽中無法突破石蠟閥門前進，當需要釋放液體時，再依序用雷射光溶解石蠟，使其閥門開啟，達到依序釋放的目的，如此即可正確的控制液體突破閥門的順序，以避免釋放順序錯誤情形發生。
但此方法會造成碟片製作困難度提高，同時溶解石蠟閥門也需要精密儀器控制，提高了整個測試的製作成本。
為了改善上述抗體/抗原包被技術的疏失，部分學者藉由微球(材質可分成塑膠及磁性物質)表面的官能基團，以化學鍵結方法成功將抗體/抗原包被於微球表面上，再將微球注入至儲存槽內，並與樣本及試劑 進行反應。
倘若微球材質為塑膠材質，會在其儲存槽出口處設計一個極細微的微流通道(尺寸為微米等級)，以此方式將微球固定於儲存槽內，然而，儲存槽出口微流通道過於細小，往往會大幅增加碟體製作成本，另外，有部分學者將抗體/抗原事先包被於磁性基材表面，形成通稱的磁珠，再藉由外部磁場的搭配來控制磁珠移動，以達到培育及反應的步驟。
此方法雖然可改善塑膠微球所帶來的附加問題，但如何精準操縱磁珠移動則成為一大技術考驗，依照現有設計，單一且非固定的外部磁場常常導致磁珠遺漏、培育效果不佳的情形產生。
有鑑於先前技術中提及，現有的檢測裝置設計，單一且非固定的外部磁場常常導致磁珠遺漏、培育效果不佳的情形產生，本發明提供了一種離心式磁性粒子操縱與檢測裝置及其運作方法，可藉由轉速控制裝置離心時所產生的離心力大於或小於裝置中複數個磁場產生的磁力，以達到精準控制磁珠運動。
本發明離心式磁性粒子操縱與檢測裝置主要包含一第一碟體，該第一碟體上設置有複數個第一磁力元件，而該複數個第一磁力元件設置於相對該第一碟體中心點相同或不同半徑處。
此外本發明上有一第二碟體，該第二碟體係主要進行生化檢測反應的場所，該二碟體設置於該第一碟體之下方，但並未與該第一碟體緊密貼合或連接，僅需相當之靠近即可。該第二碟體包含一第一排氣孔，一第一中央儲存槽、一第二排氣孔、一第二中央儲存槽、一第三排氣孔、 一第三中央儲存槽、一第一中央微流閥、一第二中央微流閥、一第三中央微流閥以及複數個檢測單元。
其中，該第一排氣孔設置於該第二碟體之中央，該第一中央儲存槽與該第一排氣孔連接，再透過該第一中央微流閥與該第二中央儲存槽連接，該第二中央儲存槽上則設有該第二排氣孔。
該第二中央儲存槽再透過該第二中央微流閥與該第三中央儲存槽連接，該第三中央儲存槽上設有該第三排氣孔，最後該第三中央儲存槽則透過該第三中央微流閥與該複數個檢測單元連接。
每一該檢測單元包含一入口流道、一培育槽、一樣本注入槽、一偵測槽、一廢液槽、一廢液槽微流閥以及一廢液槽排氣孔。
其中該入口流道與該第三中央微流閥連接，該培育槽與該入口流道連接，該培育槽上設有該樣本注入槽，該培育槽下方與該偵測槽連接，接著該偵測槽透過該廢液槽微流閥與該廢液槽連接，該廢液槽上設有該廢液槽排氣孔。
最後，本發明尚有一第三碟體，該第三碟體設置於該第二碟體的下方，與該第二碟體緊密貼合，其中該第三碟體包含複數個磁力元件軌道，而該每一磁力元件軌道中皆設置有可任意在該每一磁力元件軌道中移動的一第二磁力元件。
而關於本發明離心式磁性粒子操縱與檢測裝置的運作方法，首先，執行步驟(a)，同時將至少一試劑、磁珠以及樣本注入一第二碟體中，並將該第二碟體與一第三碟體貼緊固定，且該第三碟體設有複數個磁力元件軌道，每一該磁力元件軌道中設有一第二磁力元件。
上述該至少一試劑的種類可依據不同的檢測進行調整。
接著執行步驟(b)，將貼緊該第三碟體的該第二碟體靠近設有複數個第一磁力元件的第一碟體。
然後執行步驟(c)，藉由培育轉速旋轉該第二碟體，進行混合培育，接著執行步驟(d)，以一釋放轉速旋轉該第二碟體，該釋放轉速依照至少一試劑的數量分為不同階段逐步加速，由外至內依序釋放該第二碟體內的至少一試劑直至所有的試劑釋放完成。
最後，執行步驟(e)，旋轉該第二碟體，進行光學檢測。
10‧‧‧離心式磁性粒子操縱與檢測裝置
11‧‧‧第一碟體
111‧‧‧第一磁力元件
12‧‧‧第二碟體
121‧‧‧凹部
122‧‧‧第一排氣孔
123‧‧‧第一中央儲存槽
1231‧‧‧第一中央微流閥
124‧‧‧第二排氣孔
125‧‧‧第二中央儲存槽
1251‧‧‧第二中央微流閥
126‧‧‧第三排氣孔
127‧‧‧第三中央儲存槽
1271‧‧‧第三中央微流閥
13‧‧‧第三碟體
131‧‧‧磁力元件軌道
1311‧‧‧第二磁力元件
132‧‧‧凸部
2‧‧‧免疫檢測單元
21‧‧‧入口流道
22‧‧‧樣本注入槽
23‧‧‧培育槽
24‧‧‧偵測槽
25‧‧‧廢液槽
251‧‧‧廢液槽微流閥
252‧‧‧廢液槽排氣孔
3‧‧‧磁珠
R1~R4‧‧‧半徑
(a)~(e)‧‧‧步驟
圖1係本發明離心式磁性粒子操縱與檢測裝置之結構示意圖。
圖2係本發明第二碟體之結構示意圖。
圖3係本發明檢測單元之結構示意圖。
圖4係本發明第一碟體之第一磁力元件分佈半徑示意圖。
圖5係本發明第三碟體之結構示意圖。
圖6(a)~6(e)係本發明磁珠運動示意圖。
圖7係本發明之運作方法流程圖。
圖8係以本發明檢測人類絨毛膜性腺激素之濃度結果圖。
圖9係以本發明檢測癌症抗原指標CA125之濃度結果圖。
為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並係依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：請參照圖1，圖1係本發明離心式磁性粒子操縱與檢測裝置之結構示意圖。如圖1所示，本發明離心式磁性粒子操縱與檢測裝置10主要由三層結構所組合成的一種複合碟體，其中由上而下分別為第一碟體11、第二碟體12以及第三碟體13，在進行ELISA等生物化學檢測時，必須先令第二碟體12和第三碟體13緊密貼合，如利用卡榫或是凹凸嵌合的方式進行，形成一個雙層複合碟體之後，架於離心平台上，和第一碟體11靠近。
請同時參照圖2及圖3，圖2係本發明第二碟體之結構示意圖；圖3係本發明檢測單元之結構示意圖。如圖2及圖3所示，本發明實施例的第二碟體12的中央設有第一排氣孔122，與第一中央儲存槽123連接，第一中央儲存槽123透過第一中央微流閥1231與設有第二排氣孔124的第二中央儲存槽125連接，第二中央儲存槽125則透過第二中央微流閥1251與設有第三排氣孔126的第三中央儲存槽127連接，接著第三中央儲存槽127透過第三中央微流閥1271與檢測單元2連接。
上述第一排氣孔122、第二排氣孔124及第三排氣孔126同時得作為分別注入試劑I、試劑II、試劑III到第一中央儲存槽123第、二中央儲存槽125及第三中央儲存槽127以及排氣的功能，並不局限於排氣之功能。
而本實施例中所述具有六個檢測單元2，然而實際上在運用本發明之概念時並不以六個檢測單元為限，舉用本發明運用在ELISA時為例，可依據序列稀釋樣本的數量，增設為六的倍數的檢測單元2，例如傳統常用的二十四個或九十六個。
接著，請參照圖3中的檢測單元2，透過圖3的詳細位置標示，可見得入口流道21與第三中央微流閥1271連接，接著入口流道21與培育槽23連接，培育槽23上設有樣本注入槽22，而培育槽23的下端與偵測槽24連通，最後，偵測槽24透過廢液槽微流閥251與廢液槽25連接，而廢液槽25上設有廢液槽排氣孔252。
前述本實施例中第一中央微流閥1231、第二中央微流閥1251、第三中央微流閥1271及廢液槽微流閥251的形狀設計為複數個緊鄰的球形，更精確的來說，可以為串珠形、葫蘆形或鏈球形，但若依照檢測類型不同，亦得設計為箭翎形、魚骨形或蛇行形，本發明之不以此為限。
請參照圖4，圖4係本發明第一碟體之第一磁力元件分佈半徑示意圖。圖4中規劃了在第一碟體11上設有四個半徑分別為R1~R4的第一磁力元件11，之所以在第一碟體11上以距離圓心不同半徑的位置標示出半徑R1、R2、R3及R4四個位置之第一磁力元件111的原因，係為達到控制磁珠3運動的功效，將於稍後進行說明。
接著請參照圖5，圖5係本發明第三碟體之結構示意圖。如圖5所示，第三碟體13上設置有數量相等於圖2中檢測單元2數量的六個磁力元件軌道131，同時每個磁力元件軌道131中也各自設有第二磁力元件1311，使第二磁力元件1311可在閃電形的磁力元件軌道131的路徑上進行自由的往復運動，並得與第一碟體11上第一磁力元件111所產生之相對運動，控制第二碟體12中檢測單元2之反應。
前述第一磁力元件111以及第二磁力元件1311可以是電磁鐵或是永久磁鐵，然永久磁鐵不須額外消耗能量，因此本發明以使用永久磁 鐵為最佳。
針對上述如何控制檢測單元2之反應，具體而言亦以ELISA為例，於下列圖6(a)~6(e)進行說明，但本發明得使用之檢測不以ELISA為限。
請參照圖6(a)~6(e)，圖6(a)~6(e)係本發明磁珠運動示意圖。圖6(a)~6(e)為當第二碟體12與第三碟體13疊合並和第一碟體11靠近時，由上而下俯視並透視的狀態圖，當要進行ELISA檢測時，會透過樣本注入槽22注入樣本以及ELISA需要使用的反應物，通常是先前技術中所提及之捕捉抗體(Capture antibody)及連結上山葵過氧化酶(HRP,horseradish peroxidase)的偵測抗體(Detection antibody labeled with HRP)，但依本發明的構造及實施理念，更精確地來說，必須有同時注入以抗體/抗原事先包被於磁性基材表面，形成的磁珠3，才能使本發明之結構發揮功效。
因此圖6(a)中可見得當樣本、磁珠3和抗體皆注入樣本注入槽22後，第二碟體12為平均分配其中所有液體保持旋轉狀態，致使磁珠3因為離心力而落入偵測槽24之內，接著隨不同轉速的控制，磁珠3的運動會受到來自下方第三碟體13磁力元件軌道131中的第二磁力元件1311運動牽引，讓磁珠3在偵測槽24和培育槽23之間的往復運動。
而使第二磁力元件1311的運動的原理係透過第一碟體11上，半徑分別為R1、R2、R3及R4的第一磁力元件111所控制帶動，請詳見圖6(b)~到圖6(e)，該些圖中展示了R1到R4的第一磁力元件111相對運動後所造成磁珠3受到間接牽動的變化，因此第一磁力元件111並非直接而是間接的控制磁珠3運動。
此外，當離心旋轉的速率達到一定的程度之後，第一磁力元 件111對於第二磁力元件1311的磁力會小於第二磁力元件1311本身的離心力，因此在全程的旋轉中，第二磁力元件1311會保持在圖6(a)的狀態，使磁珠3相應的被第二磁力元件1311所產生之磁力保存在偵測槽24之中，不會流入廢液槽25。
根據前述對於本發明的結構所帶來之功效的說明，以下將針對本發明之運作方法進行說明。
請參照圖7，圖7係本發明之運作方法流程圖。如圖7所示，首先進行步驟(a)，同時將至少一試劑、磁珠3以及樣本注入第二碟體12中，並將第二碟體12與第三碟體13貼緊固定，且該第三碟體13設有複數個磁力元件軌道131，每一該磁力元件軌道131中設有一第二磁力元件1311。
若同以ELISA為例運作本發明，則該試劑共有三種，分別是清洗液、呈色液以及終止液，以下為方便說明，分別以試劑III取代清洗液，試劑II取代呈色液而試劑I取代終止液表示之。
確切地來說，是同時將試劑I(終止液)由第一排氣孔122注入第一中央儲存槽123中、將試劑II(呈色液)由第二排氣孔124注入第二中央儲存槽125中、將試劑III(清洗液)由第三排氣孔126注入第三中央儲存槽127中、將磁珠3(磁珠3上可包埋有一級抗體(如捕捉抗體(Capture antibody)))、二級抗體(如標記有HRP的偵測抗體(Detection antibody labeled with HRP)))及樣本透過樣本注入槽22注入到培育槽23之中。
一般而言，ELISA常用的清洗液(Wash buffer)如含有0.05% Tween-20的磷酸鹽緩衝溶液，而常用的呈色液則如可以放大前述HRP訊息的亮寶石藍(Coomassie Brilliant Blue)G-250，最後，終止液的使用可依照不 同的檢測選用，一般為強酸或強鹼，例如2M的硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)、氫氧化鈉(NaOH)。
待ELISA反應所需之試劑及樣本注入完成後，進行步驟(b)，將貼緊該第三碟體13的該第二碟體12靠近設有複數個第一磁力元件111的第一碟體11，使第二碟體12與第三碟體13由下方靠近設置有複數個第一磁力元件111的第一碟體11，本動作之目的係使第一磁力元件111所產生的磁力得以牽引位於第三碟體13中的第二磁力元件1311，而第二碟體12及第三碟體13靠近第一碟體11的程度會決定第一磁力元件111所產生的牽引磁力影響大小，使用者可端看其需求及試驗所需求之轉速，調整靠近的程度。
靠近完成後，保持一定的分配轉速旋轉第二碟體12，使第二碟體12中的該試劑I、試劑II、試劑III、磁珠3、二級抗體及該樣本平均分配，在此所述的平均分配為試劑I、試劑II、試劑III平均分配於其各自所處之三個中央儲存槽，但離心之轉速並未有足夠能力突破第一中央微流閥1231、第二中央微流閥1251及第三中央微流閥1271，而樣本、磁珠3、二級抗體則分配於培育槽23和偵測槽24中。
待ELISA用液體平均分配後，進行步驟(c)，藉由培育轉速旋轉第二碟體12，使第二磁力元件1311所受來自相對運動的第一磁力元件111的牽引磁力大於離心力，使每一個磁力元件軌道131中之第二磁力元件1311移動，並牽引磁珠3進行如圖6(b)~6(e)的往復運動，進行混合培育。
待培育完成後，接著進行步驟(d)，以一釋放轉速旋轉該第二碟體，該釋放轉速依照至少一試劑的數量分為不同階段逐步加速，由外至內依序釋放該第二碟體內的至少一試劑，直至所有的試劑釋放完成。
ELISA檢測需進行清洗的前置動作，主要目的為釋放試劑III。以旋轉第二碟體12，使第二磁力元件1311所受之離心力大於磁力，固定於第三碟體13之外緣，也就是閃電型磁力元件軌道131的最下端，並牽引該磁珠3固定於該第二碟體12上免疫檢測單元2之偵測槽24中，使多餘的試劑及該樣本混合液流入第二碟體12上免疫檢測單元2中之廢液槽25。
完成上述步驟之後開始進行清洗的動作，以釋放轉速離心旋轉第二碟體12，使該第二磁力元件1311所受之離心力大於磁力，使抗體及樣本之混合液全數流入該廢液槽中，而在第三中央儲存槽127中的試劑III突破第三中央微流閥1271，進入免疫檢測單元2後流入該偵測槽24中，進行清洗。
待清洗完畢之後，執行步驟再以另一釋放轉速旋轉第二碟體12，使第二磁力元件1311所受之離心力大於磁力，此時原本位於偵測槽24中之試劑III流入廢液槽25中，而原本位於第二中央儲存槽125的試劑II突破第二中央微流閥1251及第三中央微流閥1271，進入免疫檢測單元2後流入偵測槽24中，進行呈色。
由於呈色和培育相同，需藉由物理性的混合運動來協助，因此以呈色液培育轉速旋轉第二碟體12，使第二磁力元件1311所受之磁力大於離心力，牽引磁珠3往復運動，試劑II會在培育槽23與偵測槽24之間進行呈色培育。
待呈色完成之後，以又一釋放轉速旋轉第二碟體12，使第二磁力元件1311所受之離心力大於磁力，使原本儲存於第一中央儲存槽123的試劑I突破第一中央微流閥1231、第二中央微流閥1251及第三中央微流閥 1271流入偵測槽24內，終止反應，並形成一偵測液。
上述依照試劑I、試劑II以及試劑III所為之三種釋放轉速係以逐步加速並釋放試劑III、試劑II以及試劑I的方式為之，意即試劑I的釋放轉速最大，試劑II次之，而試劑III最小。
終止完成之後，以旋轉第二碟體12，於偵測槽24對該偵測液進行光學檢測，例如偵測吸光值等等。
上述解說方式以ELISA檢測為例說明，然本發明實際可應用之生化檢測並不限於如ELISA等免疫檢測。
接下來，將針對本發明以較為實際的ELISA例子進行說明，而下列說明中的碟體等同於本發明第二碟體12及第三碟體13組成的複合碟體。
實際檢測
以人類絨毛膜性腺激素(human Chorionic gonadotropin,hCG)檢測為例，同時將磁珠3(包埋有一級抗體)、二級抗體及25μL六種不同的序列稀釋濃度的樣本注入至樣本注入槽22，樣本的序列稀釋濃度分別如表2所示：
上述磁珠3體積為15μL、二級抗體體積為20μL；接著依序從第一排氣孔122、第二排氣孔124及第三排氣孔126將終止液(120μL)、呈色液(240μL)及清洗液(1200μL)分別同時注入第一中央儲存槽 123、第二中央儲存槽125及第三中央儲存槽127之中。
以培育轉速500r.p.m旋轉碟體，藉此將樣本、磁珠3及二級抗體傳送至培育槽23和偵測槽24，再利用與第一磁力元件111和第二磁力元件1311的相對運動來操控磁珠3移動(請參照圖6(b)~6(e))，以達到培育的功能。
待培育完畢後，以釋放轉速1200r.p.m旋轉碟體，藉此將已定量的清洗液(200μL)傳送至偵測槽24，並與偵測槽內的液體進行反應置換，多餘的液體會流至廢液槽25，同時，磁珠3會受到第二磁力元件1311的吸引，將其保留於偵測槽24內。
待清洗完畢後，以釋放轉速2400r.p.m.旋轉碟體，藉此將已定量的呈色液(40μL)傳送至偵測槽24，進行呈色培育，並與偵測槽內的液體進行反應置換，多餘的液體會流至廢液槽，同時，磁珠3會受到第二磁力元件1311的吸引，將其保留於偵測槽24內。
待呈色完畢後，以釋放轉速3600r.p.m.旋轉碟體，藉此將已定量的終止液(20μL)傳送至偵測槽24，並與偵測槽24內的液體進行反應置換，多餘的液體會流至廢液槽，同時，磁珠3會受到第二磁力元件1311的吸引，將其保留於偵測槽24內，待反應完畢後，再以光學系統進行檢測，請參照圖8，圖8係以本發明檢測人類絨毛膜性腺激素之濃度結果圖。圖8的數據顯示，本檢測的相關係數為0.997，有著良好的線性曲線。
若以癌症抗原指標CA125的檢測為例，將經序列稀釋的樣本、磁珠3(包埋有一級抗體)、二級抗體注入至樣本注入槽22，樣本濃度分別為：0U/mL、25U/mL、50U/mL、100U/mL、200U/mL、400U/mL，所有 濃度的樣本體積為15μL，而樣本的序列稀釋濃度由下表3所示：
而磁珠3體積為35μL、二級抗體體積為30μL。
接著由內層至外層，依序從第一排氣孔122、第二排氣孔124及第三排氣孔126將終止液(360μL)、呈色液(480μL)及清洗液(960μL)分別同時注入第一中央儲存槽123、第二中央儲存槽125及第三中央儲存槽127之中。
以培育轉速800r.p.m.旋轉碟體，藉此將樣本、磁珠3及二級抗體傳送至培育槽23及偵測槽24，再利用同於上述的方式控制磁珠3移動，以達到培育的功能。
待培育完畢後，釋放轉速1700r.p.m.操作光碟旋轉，藉此將已定量的清洗液(160μL)傳送至偵測槽24，並與偵測槽24內的液體進行反應置換，多餘的液體會流至廢液槽25，同時，磁珠3會受到第二磁力元件1311的吸引，將其保留於偵測槽24內。
待清洗完畢後，以釋放轉速2800r.p.m.操作光碟旋轉，藉此將已定量的呈色液(80μL)傳送至偵測槽24，進行呈色培育，並與偵測槽內的液體進行反應置換，多餘的液體會流至廢液槽25，同時，磁珠3會受到第二磁力元件1311的吸引，將其保留於偵測槽24內。
最後以釋放轉速4100r.p.m.旋轉碟體，藉此將已定量的終止液(60μL)傳送至偵測槽24，並與偵測槽24內的液體進行反應置換，多 餘的液體會流至廢液槽25，同時，磁珠3會受到第二磁力元件1311的吸引，將其保留於偵測槽24內。
待反應完畢後，再以光學系統進行檢測，請參照圖9，圖9係以本發明檢測癌症抗原指標CA125之濃度結果圖。由圖14中的數據結果顯示，本檢測之相關係數為0.993，有著良好的線性曲線。
本發明可用來做為POCT(近患者生物醫學檢測產品，Point-of-care Testing)的檢測產品，POCT的定義為「在病人旁進行的實驗室檢測」，其優點是使用方便、可迅速得到結果、節省成本等，其應用的範圍十分廣泛，除了醫療機構和病床旁檢測，也可以應用在各種意外現場(如車禍現場或是戰場)替傷者做檢測，或是在較偏遠的山區及落後國家替有需要的人做檢測，目前在美國以及世界各地已經有很多地方實行POCT。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。
10‧‧‧離心式磁性粒子操縱與檢測裝置
11‧‧‧第一碟體
12‧‧‧第二碟體
13‧‧‧第三碟體

Claims (8)

  1. 一種離心式磁性粒子操縱與檢測裝置，包含：一第一碟體，設置有複數個第一磁力元件，該複數個第一磁力元件設置於相對該第一碟體重心點相同或不同半徑處；一第二碟體，設置於該第一碟體下方，該第二碟體包含：一第一排氣孔，設置於該第二碟體之中央；一第一中央儲存槽，與該第一排氣孔連接，該第一中央儲存槽為連通之環狀空間，等半徑且對稱圍繞該第二碟體之重心點，且該第一中央儲存槽連通之環狀空間上設有對稱的複數個第一均流空間；一第二中央儲存槽，設置有一第二排氣孔，該第二中央儲存槽透過複數個第一中央微流閥個別與每一該複數個第一均流空間連接，該第二中央儲存槽為連通之環狀空間，等半徑且對稱圍繞該第一中央儲存槽，且該第二中央儲存槽連通之環狀空間上設有對稱的複數個第二均流空間；一第三中央儲存槽，設置有一第三排氣孔，該第三中央儲存槽透過複數個第二中央微流閥個別與每一該複數個第二均流空間連接，該第三中央儲存槽為連通之環狀空間，等半徑且對稱圍繞該第二中央儲存槽，且該第三中央儲存槽連通之環狀空間上設有對稱的複數個第三均流空間；複數個檢測單元，每一該複數個檢測單元分別透過一第三中央微流閥與每一該複數個第三均流空間連接，每一該複數個檢測單元包含： 一入口流道，與該第三中央微流閥連接；一培育槽，與該入口流道連接；一樣本注入槽，與該培育槽連接；一偵測槽，與該培育槽連接；一廢液槽，該廢液槽透過一廢液槽微流閥與該偵測槽連接；一廢液槽排氣孔，設置於該廢液槽上；複數個磁珠，該複數個磁珠係於該培育槽及該偵測槽間往復運動；以及一第三碟體，設置於該第二碟體之下方，與該第二碟體緊密貼合，該第三碟體包含複數個磁力元件軌道，其中每一該複數個磁力元件軌道中設置有係任意移動之一第二磁力元件，且該複數個檢測單元與該複數個磁力元件軌道之數量相等；其中，該複數個第一中央微流閥、該複數個第二中央微流閥以及該第三中央微流閥及該廢液槽微流閥為複數個緊鄰的球形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離心式磁性粒子操縱與檢測裝置，其中該複數個第一磁力元件與該第二磁力元件為永久磁鐵。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離心式磁性粒子操縱與檢測裝置，其中該複數個檢測單元的數量與該複數個磁力元件軌道的數量為六的倍數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之離心式磁性粒子操縱與檢測裝置，其中每一該複數個磁力元件軌道為閃電形。
  5. 一種離心式磁性粒子操縱與檢測裝置的運作方法，包含：(a)同時將至少一試劑、磁珠以及樣本注入一第二碟體中，並將該第二碟 體與一第三碟體貼緊固定，且該第三碟體設有複數個磁力元件軌道，每一該磁力元件軌道中設有一第二磁力元件；(b)將貼緊該第三碟體的該第二碟體靠近設有複數個第一磁力元件的第一碟體；(c)藉由培育轉速旋轉該第二碟體，進行混合培育；(d)以一釋放轉速旋轉該第二碟體，該釋放轉速依照至少一試劑的數量分為不同階段逐步加速，由外至內依序釋放該第二碟體內的至少一試劑直至所有的試劑釋放完成；以及(e)旋轉該第二碟體，進行光學檢測；其中，該步驟(a)~(e)係運用於請求項1乃至4中之一離心式磁性粒子操縱與檢測裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之離心式磁性粒子操縱與檢測裝置的運作方法，其中該至少一試劑為清洗液，步驟(d)中該釋放轉速將該清洗液釋放至一培育槽及一偵測槽進行清洗。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之離心式磁性粒子操縱與檢測裝置的運作方法，其中該至少一試劑為呈色液，步驟(d)中該釋放轉速將該呈色液釋放至一培育槽及一偵測槽後，進行呈色培育。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之離心式磁性粒子操縱與檢測裝置的運作方法，其中該至少一試劑為終止液，步驟(d)中該釋放轉速將該終止液釋放至一培育槽及一偵測槽後，並形成一偵測液，終止反應。
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