TWI581862B - 微流道裝置的夾持載具 - Google Patents

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Description

微流道裝置的夾持載具
本發明有關一種夾持載具，尤指一種可以應用於承載微流道裝置的夾持載具。
隨著微機電技術的發展，各式各樣的微流道裝置被開發出來，在生物測試上，以聚二甲基矽氧烷(poly-dimethylsiloxane, PDMS)平台與基板(其上可放置生物偵測物質，如抗體、奈米金等)製成的微流道裝置可以允許細胞大小的物件通過，以進行各種流體樣品的處理、反應或分析檢測。
然而，此種微米等級的微流道平台對於測試的環境具有高度的要求。若微流道裝置放得不夠平整，或是夾持微流道裝置的壓力不均勻時，會造成不同流道的流體流動速度不一致，甚至阻塞。舉例而言，在習知的技術中，以人工插針的方式，將針狀的金屬或塑料導入管以及導出管直接插接於微流道裝置的導入口以及導出口，藉由和微流道裝置插孔的表面摩擦力和干涉(interference)來確保接合及流體不滲漏，但是人工插接以及接著以人工維持導入管/導出管的穩定性不佳，容易在實驗過程中造成導入管/導出管鬆脫偏斜、力量過輕無法確實在管體與微流道裝置出入口之間保持密閉、或力量過大對晶片產生局部應力造成微流道裝置變形而阻塞。
另外也有直接以黏著固定的方式將導入管以及導出管與微流道裝置的導入口以及導出口結合的作法。然而這樣的作法也需要不少前置作業，且同樣有導入口以及導出口的接合應力難以控制的問題。
因此如何保持微流道裝置的水平，並且施以均勻適度的夾持力，使微流道裝置的導入口以及導出口在與外部的導入管以及導出管接觸時有適當的壓力密合而不洩漏，且又不造成過大的應力而造成微流道裝置形變，是業界的一個重要的研究方向。
有鑑於此，本發明提供了一種微流道裝置的夾持載具以解決上述問題，並且可在更換不同的微流道裝置後，可快速方便地建構與微流道裝置間的導入/導出通道。
本發明的一個實施例提供了一種微流道裝置的夾持載具，用來承載一微流道裝置，該微流道裝置具有一第一表面。該夾持載具包含一下座體以及一上座體。該微流道裝置可替換地設置於該下座體上。該上座體樞接於該下座體且可相對該下座體設置於一開啟位置或一蓋合位置，該上座體包含一上蓋以及一卡合件。當該上座體相對該下座體設置於該蓋合位置時，該上蓋與該下座體彼此平行。該卡合件組合於該上蓋，該卡合件與該上蓋之間設置三個調距螺絲，使該卡合件可調整與該上蓋之距離，該卡合件具有面對該微流道裝置之一第二表面。其中透過調整該三個調距螺絲改變該卡合件與該上蓋之間的距離以及傾斜角度，該夾持載具可於該卡合件的該第二表面與該第一表面之間提供一平行關係且彼此相隔一特定距離。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該卡合件包含兩插接軟塞，該夾持載具另包含一蓋體，與該微流道裝置結合為一體，於該上座體相對該下座體設置於該蓋合位置時，該兩插接軟塞抵接於該蓋體上，且該兩插接軟塞於該蓋體上的抵接面與該第一表面之間具有該平行關係。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該微流道裝置具有一導入口以及一導出口，當該蓋體以及該微流道裝置設置於該下座體上且該上座體設置於該蓋合位置時，該蓋體以及該兩插接軟塞提供該微流道裝置一導入通道以及一導出通道，該導入通道連接該導入口且該導出通道連接該導出口。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該微流道裝置包含一基板以及一聚二甲基矽氧烷(poly-dimethylsiloxane,PDMS)平台，該第一表面位於該基板上，該聚二甲基矽氧烷平台設置於該第一表面上，該導入口以及該導出口位於該聚二甲基矽氧烷平台上，該蓋體具有一第一通道以及一第二通道，該第一通道連接該導入口，該第二通道連接該導出口。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該第一通道具有一第一抵接面，該第二通道具有一第二抵接面，該兩插接軟塞分別抵接於該第一抵接面以及該第二抵接面上。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該蓋體具有向該基板延伸的兩支撐柱，該兩支撐柱抵接於該第一表面使該蓋體結合於該微流道裝置的 該第一表面。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該蓋體的該第一通道具有一第一導管，該第二通道具有一第二導管，當該兩支撐柱抵接於該第一表面時，該第一導管延伸於該導入口，該第二導管延伸於該導出口。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，另包含一調整治具，其形狀、大小與結合為一體後的該蓋體以及該微流道裝置相同，該調整治具用來設置於該下座體上，並透過調整該三個調距螺絲改變該卡合件與該調整治具之間的距離以及傾斜角度，使該夾持載具於該卡合件的該第二表面與該第一表面之間提供該平行關係。
在本發明實施例所提供的夾持載具中，其中該兩插接軟塞由彈性可微幅變形的橡膠或塑料製成。
本發明所提供的夾持載具可以半自動化的方式快速且精確地建立微流道裝置的導入通道以及導出通道，使通道與導入口/導出口的銜接有足夠壓力而不產生洩漏，又不至於壓力過大造成微流道裝置形變，並且可以快速方便替換不同的微流道裝置進行測試或實驗。
1‧‧‧夾持載具
10‧‧‧下座體
20‧‧‧蓋體
22‧‧‧第一通道
24‧‧‧第二通道
26,28‧‧‧支撐柱
30‧‧‧插接軟塞
32‧‧‧抵接面
34‧‧‧導入通道
36‧‧‧導出通道
40‧‧‧上蓋
42‧‧‧調距螺絲
44‧‧‧彈性元件
50‧‧‧卡合件
52‧‧‧第二表面
60‧‧‧上座體
70‧‧‧調整治具
100‧‧‧微流道裝置
102‧‧‧基板
104‧‧‧聚二甲基矽氧烷(PDMS)平台
106‧‧‧導入口
108‧‧‧導出口
110‧‧‧第一表面
221‧‧‧第一導管
222‧‧‧第一抵接面
241‧‧‧第二導管
242‧‧‧第二抵接面
第1圖為本發明的夾持載具的一元件方塊示意圖。
第2圖為本發明的夾持載具一實施例於開啟位置時的示意圖。
第3圖為將一微流道裝置置入第2圖的開啟的夾持載具的示意圖。
第4圖為第2圖的夾持載具的實施例各元件以及微流道裝置的分解示意圖。
第5圖為夾持載具的上座體的示意圖。
第6圖為本發明的夾持載具利用一調整治具進行水平與壓力校準的示意圖。
第7圖為夾持載具的蓋體的示意圖。
第8圖為第7圖的蓋體與微流道裝置結合為一體的剖面示意圖。
第9圖為夾持載具承載微流道裝置後的剖面示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地結構連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為本發明的夾持載具的一元件方塊示意圖。夾持載具1包含有一下座體10以及一上座體60，其中上座體60包含了一上蓋40以及一卡合件50，上座體60樞接於下座體10並可相對下座體10樞轉打開或蓋合。當上座體60相對下座體10蓋合時，上座體60的上蓋40與下座體10彼此平行。上座體60的卡合件50則以複數個彈性元件44組合於上蓋40，以及至少三個調距螺絲 42設置於卡合件50以及上蓋40之間。調距螺絲42分別用來調整卡合件50三個位置與上蓋40的距離，以調整卡合件50的一第二表面52與上蓋40之間的平行關係以及相隔的距離。當夾持載具1的下座體10承載一微流道裝置100時，即可調整卡合件50的第二表面52與微流道裝置100的第一表面110彼此平行的關係，以及維持與微流道裝置100一特定的平行距離。
請參考第2圖以及第3圖，其中第2圖為本發明的夾持載具一具體的實施例於開啟位置時的示意圖，第3圖為將一微流道裝置置入第2圖的開啟的夾持載具的示意圖。在本發明的一具體實施例中，夾持載具1用來承載的微流道裝置100可於其上進行各種流體樣品的處理、反應或分析檢測的工作。夾持載具1的上座體60提供微流道裝置的導入通道以及導出通道(詳述於後)，並且與下座體10彼此平行。當上座體60相對下座體10打開時(如第2圖所示)，即可方便置放微流道裝置100(已先與夾持載具1的蓋體20結合)於下座體10上(如第3圖所示)，並於上座體60蓋上時，夾持載具1所提供的導入通道以及導出通道即可以適中且均勻的壓力密接於微流道裝置的導入口以及導出口。
請參考第4圖，第4圖為第2圖的夾持載具的實施例各元件以及微流道裝置的分解示意圖。如前所述，夾持載具1包含上座體60以及下座體10，上座體60樞接於下座體10且可相對下座體10設置於一開啟位置(如第2、3圖)或一蓋合位置(如第8圖)。下座體10用來承載微流道裝置100，並且微流道裝置100可替換地設置於下座體10上。夾持載具1另包含一蓋體20，與微流道裝置100結合為一體，並共同設置於下座體10上。卡合件50包含兩插接軟塞30，由彈性可微幅變形的橡膠或塑料製成。微流道裝置100具有一導入口106以及一導出口108，結合於微流道裝置100上的蓋體20具有一第一通道22以及一第二通道24，分別對 應連接微流道裝置100的導入口106以及導出口108。夾持載具1由兩插接軟塞30以及蓋體20的第一通道22以及第二通道24共同提供微流道裝置100一導入通道以及一導出通道，當蓋體20以及微流道裝置100設置於下座體10上且上座體60設置於該蓋合位置時，該導入通道連接導入口106且該導出通道連接導出口108。
請參考第5圖，第5圖為夾持載具的上座體的示意圖。在第5圖中，上座體60的卡合件50透過三個調距螺絲42改變卡合件50與上蓋40之間的距離以及傾斜角度。三個調距螺絲42設置於上蓋40內且分別抵接於卡合件50面對上蓋40的表面的三個相異且非共直線的位置。當轉動其中一個調距螺絲42時，即可推抵卡合件50的該位置遠離上蓋40(或由如第1圖中的彈性元件44拉回而靠近上蓋40)，如此當分別調整三個調距螺絲42時，即可改變卡合件50與上蓋40之間的距離以及傾斜角度。本發明透過這樣的方式，調整而使卡合件50與上蓋40之間保持平行關係。
請參考第6圖，第6圖為本發明的夾持載具利用一調整治具進行水平與壓力校準的示意圖。夾持載具1另包含一調整治具70，其形狀、大小與結合為一體之後的蓋體20與微流道裝置100相同，在一實施例中，調整治具可為一鋁塊，但不以此為限。由於三個調距螺絲42的抵接點決定卡合件50的一個平面，於一實施例中，在實際夾持微流道裝置100之前，可先於下座體10上放入調整治具70，如第6圖所示，並於調整治具70上置入數滴有色測劑(卡合件50的底面中間區域為可觀測的透明面)。當上座體60相對下座體10設置於該蓋合位置(如第8圖)後，在卡合件50與調整治具70之間的數滴有色測劑會受到卡合件50以及調整治具70的壓迫而呈現具有不同大小的圓餅狀。當調整調距螺絲42以改變卡合件50不同位置的高度，使所有的有色測劑均呈現大致上相同的面積大小時，即 完成卡合件50以及上蓋40(與調整治具70)之間的平行關係的調整。然而本發明不以此為限制，也可以光學或其他三點或多點調距的方式進行卡合件50以及上蓋40之間的平行調整。
請參考第7圖以及第8圖，其中第7圖為夾持載具的蓋體的示意圖，第8圖為第7圖的蓋體與微流道裝置結合為一體的剖面示意圖。微流道裝置100包含一基板102以及一聚二甲基矽氧烷(poly-dimethylsiloxane,PDMS)平台104，其中基板102為硬質物件，而第一表面110位於基板102上，軟質的PDMS平台104則設置於第一表面110上，且微流道裝置100的導入口106以及導出口108位於PDMS平台104上。如前所述，蓋體20與微流道裝置100結合為一體，在第7圖中，蓋體20具有向基板102延伸的兩支撐柱26、28，該兩支撐柱26、28抵接於基板102的第一表面110使蓋體20結合於微流道裝置100的第一表面110。請一併參考第4圖的蓋體20的另一角度，蓋體20的第一通道22面對導入口106處具有一第一導管221，第二通道24面對導出口108處具有一第二導管241，當兩支撐柱26、28抵接於第一表面110時，第一導管221延伸於導入口106，而該第二導管241延伸於導出口108。此外，蓋體20的第一通道22相對第一導管221的另一側具有一第一抵接面222，第二通道24相對第二導管241的另一側具有一第二抵接面242。
請參考第9圖，第9圖為夾持載具承載微流道裝置後的剖面示意圖。當微流道裝置100(以及蓋體20)放置於本發明的夾持載具1的下座體10，接著將上座體60相對設置於如第9圖的該蓋合位置後，上座體60中的兩插接軟塞30即可分別抵接於蓋體20的第一抵接面222以及第二抵接面242，其中，兩插接軟塞30於蓋體20上的抵接面32與第一表面110之間同樣具有平行關係。而兩插接軟塞 30以及蓋體20的第一通道22以及第二通道24(參考第8圖)共同提供微流道裝置100的導入通道34連接導入口106且導出通道36連接導出口108。
如前所述，在第9圖的狀態下，利用第6圖所示的調整治具70，即可藉由觀察第一抵接面222及/或第二抵接面242(調整治具70也可為透明材質且具有相同於蓋體20的第一抵接面222及第二抵接面242結構)上的有色液體的分佈，並藉由調距螺絲42調整卡合件50與上蓋60的平行度以及相隔距離，以設定第二表面52與第一表面110之間的平行關係且彼此相隔一特定距離D。如此一來，即可方便地決定卡合件50的插接軟塞30抵接於蓋體20的抵接面32的壓力是否適當且不至於過大，並透過調整卡合件50與上蓋60的平行度(上蓋60與下座體10以及微流道裝置100彼此平行)，使兩個插接軟塞30得以平均抵接於蓋體20(以及蓋體20抵接於微流道裝置100)上，使夾持微流道裝置100的壓力平均。特別說明的是，蓋體20為硬質的材料，而PDMS平台104以及插接軟塞30屬於相對軟性的材質，因此利用本發明的夾持載具1，使插接軟塞30、蓋體20、PDMS平台104之間為軟、硬、軟的接合，可以有效提供導入通道34以及導出通道36的密閉效果。
本發明所提供的夾持載具，於可相對下座體樞轉的上座體中，設置可以三點調距的方式調整與上蓋之間的傾斜度以及距離的卡合件。當微流道裝置以及蓋體共同設置於下座體上，且上座體相對下座體樞轉至蓋合位置時，卡合件上的插接軟塞與蓋體的抵接面與微流道裝置的第一表面即可彼此平行，並由卡合件與上蓋之間的距離透過彈性元件所施的應力而決定夾持載具夾持微流道裝置的壓力。運用本發明的夾持載具，可以半自動化的方式快速且精確地建立微流道裝置的導入通道以及導出通道，使通道與導入口/導出口的銜接有足夠 壓力而不產生洩漏，又不至於壓力過大造成微流道裝置形變，並且可以快速方便替換不同的微流道裝置進行測試或實驗。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1‧‧‧夾持載具
20‧‧‧蓋體
30‧‧‧插接軟塞
32‧‧‧抵接面
34‧‧‧導入通道
36‧‧‧導出通道
40‧‧‧上蓋
42‧‧‧調距螺絲
44‧‧‧彈性元件
50‧‧‧卡合件
60‧‧‧上座體
100‧‧‧微流道裝置
102‧‧‧基板
104‧‧‧聚二甲基矽氧烷(PDMS)平台
106‧‧‧導入口
108‧‧‧導出口
110‧‧‧第一表面

Claims (9)

  1. 一種微流道裝置的夾持載具，用來承載一微流道裝置，該微流道裝置具有一第一表面，該夾持載具包含：一下座體，該微流道裝置可替換地設置於該下座體上；以及一上座體，樞接於該下座體且可相對該下座體設置於一開啟位置或一蓋合位置，該上座體包含：一上蓋，當該上座體相對該下座體設置於該蓋合位置時，該上蓋與該下座體彼此平行；以及一卡合件，組合於該上蓋，該卡合件與該上蓋之間設置三個調距螺絲，使該卡合件可調整與該上蓋之距離，該卡合件具有面對該微流道裝置之一第二表面；其中透過調整該三個調距螺絲改變該卡合件與該上蓋之間的距離以及傾斜角度，該夾持載具可於該卡合件的該第二表面與該第一表面之間提供一平行關係且彼此相隔一特定距離。
  2. 如請求項1所述的夾持載具，其中該卡合件包含兩插接軟塞，該夾持載具另包含一蓋體，與該微流道裝置結合為一體，於該上座體相對該下座體設置於該蓋合位置時，該兩插接軟塞抵接於該蓋體上，且該兩插接軟塞於該蓋體上的抵接面與該第一表面之間具有該平行關係。
  3. 如請求項2所述的夾持載具，其中該微流道裝置具有一導入口以及一導出口，當該蓋體以及該微流道裝置設置於該下座體上且該上座體設置於該蓋合位置時，該蓋體以及該兩插接軟塞提供該微流道裝置一導入通道以及一導出通道，該導入通道連接該導入口且該導出通道連接該導出口。
  4. 如請求項3所述的夾持載具，其中該微流道裝置包含一基板以及一聚二甲基矽氧烷(poly-dimethylsiloxane,PDMS)平台，該第一表面位於該基板上，該聚二甲基矽氧烷平台設置於該第一表面上，該導入口以及該導出口位於該聚二甲基矽氧烷平台上，該蓋體具有一第一通道以及一第二通道，該第一通道連接該導入口，該第二通道連接該導出口。
  5. 如請求項4所述的夾持載具，其中該第一通道具有一第一抵接面，該第二通道具有一第二抵接面，該兩插接軟塞分別抵接於該第一抵接面以及該第二抵接面上。
  6. 如請求項4所述的夾持載具，其中該蓋體具有向該基板延伸的兩支撐柱，該兩支撐柱抵接於該第一表面使該蓋體結合於該微流道裝置的該第一表面。
  7. 如請求項6所述的夾持載具，其中該蓋體的該第一通道具有一第一導管，該第二通道具有一第二導管，當該兩支撐柱抵接於該第一表面時，該第一導管延伸於該導入口，該第二導管延伸於該導出口。
  8. 如請求項2所述的夾持載具，另包含一調整治具，其形狀、大小與結合為一體後的該蓋體以及該微流道裝置相同，該調整治具用來設置於該下座體上，並透過調整該三個調距螺絲改變該卡合件與該調整治具之間的距離以及傾斜角度，使該夾持載具於該卡合件的該第二表面與該第一表面之間提供該平行關係。
  9. 如請求項2所述的夾持載具，其中該兩插接軟塞由彈性可微幅變形的橡膠或塑料製成。
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