TW202505015A - 生物微粒富集設備、生物微粒富集裝置、及微滴產生器 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種生物微粒富集設備、生物微粒富集裝置、及微滴產生器。所述微滴產生器包含有彼此呈間隔設置的一光感應結構與一配合結構、連接於所述光感應結構與所述配合結構的一貼合層、及設置於所述貼合層的一壓電件。所述微滴產生器包圍界定出沿一流動方向配置的一分選通道。所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向的一出液方向連通於所述分選通道。所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側。所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域。

Description

生物微粒富集設備、生物微粒富集裝置、及微滴產生器

本發明涉及一種微滴產生器，尤其涉及一種生物微粒富集設備、生物微粒富集裝置、及微滴產生器。

現有生物微粒的研究首先要進行的就是富集作業，但現有富集作業需付出大量人力來實施，因而如何以設備或裝置來快速且準確地實現富集作業已為本領域研發進展的重要課題之一。於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種生物微粒富集設備、生物微粒富集裝置、及微滴產生器，其能有效地改善現有富集作業的缺陷。

本發明實施例公開一種生物微粒富集設備，其用來從包含多個生物微粒的一液態檢體之中分選出至少一個所述生物微粒，所述生物微粒富集設備包括：一微滴產生器，其包含：一光感應結構，包含有：一第一基板；一第一電極層與一光電層，分別形成於所述第一基板的相反兩側；及一絕緣層，覆蓋於所述光電層；一配合結構，其與所述光感應結構呈間隔設置且至少其中一個呈透明狀；其中，所述配合結構包含有一第二基板及形成於所述第二基板的一第二電極層，並且所述第二電極層面向所述光感應結構；一貼合層，其沿一厚度方向連接於所述光感應結構與所述配合結構之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向的一流動方向配置的一分選通道，並且所述配合結構與所述貼合層的至少其中之一形成有位於所述分選通道上游的一輸入口、及位於所述分選通道下游的一輸出口；其中，所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向與所述厚度方向的一出液方向連通於所述分選通道；及一壓電件，其設置於所述貼合層，並且所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側；其中，所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域；一電源裝置，其電性耦接於所述第一電極層與所述第二電極層；一壓力平衡裝置，包含有安裝於所述輸入口的一第一閥體、及安裝於所述輸出口的一第二閥體：其中，所述壓力平衡裝置能通過所述第一閥體與所述第二閥體，而控制所述液態檢體於所述分選通道內的流速及壓力；一攝像裝置，其位置對應於所述分選通道的一可視區段，並且所述攝像裝置能用來擷取所述可視區段內的所述液態檢體的即時影像；其中，所述微滴擊發區域位於所述可視區段之內；以及一控制裝置，其電性耦接於所述壓電件；其中，當通過所述即時影像得知所述生物微粒處於所述微滴擊發區域時，所述控制裝置能觸發所述壓電件，以驅使所述微滴擊發區域內的所述液態檢體穿出所述分選孔、而形成包覆有所述生物微粒的一微滴。

本發明實施例也公開一種生物微粒富集裝置，其用來從包含多個生物微粒的一液態檢體之中分選出一目標生物微粒，所述生物微粒富集裝置包括：一微滴產生器，其包含：一光感應結構，包含有：一第一基板；一第一電極層與一光電層，分別形成於所述第一基板的相反兩側；及一絕緣層，覆蓋於所述光電層；一配合結構，其與所述光感應結構呈間隔設置且至少其中一個呈透明狀；其中，所述配合結構包含有一第二基板及形成於所述第二基板的一第二電極層，並且所述第二電極層面向所述光感應結構；一貼合層，其沿一厚度方向連接於所述光感應結構與所述配合結構之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向的一流動方向配置的一分選通道，並且所述配合結構與所述貼合層的至少其中之一形成有位於所述分選通道上游的一輸入口、及位於所述分選通道下游的一輸出口；其中，所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向與所述厚度方向的一出液方向連通於所述分選通道；及一壓電件，其設置於所述貼合層，並且所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側；其中，所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域；以及一光源機構，其能照光於所述微滴產生器內的所述目標生物微粒，以通過所述光感應結構而施予所述目標生物微粒一介電泳力，並驅使其移動進入所述微滴擊發區域；其中，所述壓電件能運作以驅使所述微滴擊發區域內的所述液態檢體穿出所述分選孔、而形成包覆有所述目標生物微粒的一微滴。

本發明實施例另公開一種微滴產生器，其包括：一光感應結構，包含有：一第一基板；一第一電極層與一光電層，分別形成於所述第一基板的相反兩側；及一絕緣層，覆蓋於所述光電層；一配合結構，其與所述光感應結構呈間隔設置且至少其中一個呈透明狀；其中，所述配合結構包含有一第二基板及形成於所述第二基板的一第二電極層，並且所述第二電極層面向所述光感應結構；一貼合層，其沿一厚度方向連接於所述光感應結構與所述配合結構之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向的一流動方向配置的一分選通道，並且所述配合結構與所述貼合層的至少其中之一形成有位於所述分選通道上游的一輸入口、及位於所述分選通道下游的一輸出口；其中，所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向與所述厚度方向的一出液方向連通於所述分選通道；以及一壓電件，其設置於所述貼合層，並且所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側；其中，所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域。

綜上所述，本發明實施例所公開的生物微粒富集設備與生物微粒富集裝置，其能通過所述微滴產生器的結構配置，以利於採用所述壓電件來快速且準確地進行所述生物微粒（或至少一個所述目標生物微粒）的分選與富集作業。其中，所述微滴產生器是採用能夠被大量生產製造的構造，進而利於降低整體的設備成本。

再者，本發明實施例所公開的生物微粒富集裝置，其還能夠通過所述微滴產生器搭配所述光源機構，以使得所述微滴擊發區域內能夠快速且準確地僅存在所述目標生物微粒，進而使所述目標生物微粒通過形成所述微滴而被集中。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“生物微粒富集設備、生物微粒富集裝置、及微滴產生器”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[實施例一]

請參閱圖1至圖9所示，其為本發明的實施例一。如圖1至圖3所示，本實施例公開一種生物微粒富集設備1000，其用來從包含多個生物微粒B的一液態檢體L之中分選出至少一個所述生物微粒B，用以使至少一個所述生物微粒B能夠被集中於一第一容納器具700之內。

於本實施例中，所述液態檢體L可以是來自於動物的體液檢體（如：血液、淋巴液、唾液、腹水、或尿液），並且所述生物微粒B可以是特定種類的細胞，例如：循環腫瘤細胞（circulating tumor cells， CTC）、胎兒有核紅血球細胞（fetal nucleated red blood cells，FNRBC）、外泌體（exosomes）、病毒、或細菌，但本發明不以上述為限。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述液態檢體L也可是來自植物的液態檢體。

再者，所述生物微粒富集設備1000於本實施例中包含有一微滴產生器100、電性耦接於所述微滴產生器100的一電源裝置200、連通於所述微滴產生器100內部的一壓力平衡裝置300、用於觀察所述微滴產生器100的一攝像裝置400、用來驅動所述微滴產生器100的一控制裝置500、及能以非接觸方式配合於所述微滴產生器100的一光源機構600，但本發明不以此為限。

舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述生物微粒富集設備1000的內部構件類型與數量可以依據設計需求而加以調整變化（如：所述光源機構600能被省略），並且所述微滴產生器100可以被單獨地應用（如：販賣）或搭配其他構件使用（如：所述微滴產生器100搭配所述光源機構600、並共同定義為一生物微粒富集裝置）。

以下將分別介紹所述生物微粒富集設備1000的各個構件，而後再適時說明所述生物微粒富集設備1000的各個構件之間連接關係。需說明的是，所述微滴產生器100於本實施例中為晶片級尺寸（如：所述微滴產生器100的厚度介於600微米～800微米），並且所述微滴產生器100於圖中是以矩形狀結構來說明，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述微滴產生器100也可以呈曲線形構造、或不規則狀結構。

更詳細地說，所述微滴產生器100包含一光感應結構1、間隔於所述光感應結構1的一配合結構2、沿厚度方向D1連接於所述光感應結構1與所述配合結構2之間的一貼合層3、及設置於所述貼合層3的一壓電件4。其中，為便於說明，所述配合結構2於本實施例中是呈透明狀，但所述配合結構2與所述光感應結構1於實際應用時可以是至少其中一個呈透明狀，據以使所述微滴產生器100被正常操作。

其中，所述光感應結構1包含有一第一基板11、形成於所述第一基板11一側（如：底側）的一第一電極層12、形成於所述第一基板11另一側（如：頂側）的一光電層13、及覆蓋於（至少局部）所述光電層13的一絕緣層14。於本實施例中，所述第一基板11可以是一矽基板且較佳為一低摻雜N型層，而所述第一電極層12則是可以覆蓋於所述第一基板11的整個所述底側，並且所述第一電極層12較佳是一薄導電金屬層或是一氧化銦錫（ITO）層，而所述光電層13的具體構造或佈局則是可以依據設計需求而加以調整變化，本發明在此不加以限制。舉例來說，所述光電層13可以形成有矩陣狀排列的多個直立型電晶體（未標示），其細部結構於下述第二實施例中說明，在此不加以贅述。

所述配合結構2包含有一第二基板21及形成於所述第二基板21的一第二電極層22，並且所述第二電極層22面向所述光感應結構1。所述貼合層3連接於所述光感應結構1的所述絕緣層14與所述配合結構2的所述第二電極層22之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向D1的流動方向D2配置的一分選通道5。

更詳細地說，所述配合結構2與所述貼合層3的至少其中之一形成有分別連通於所述分選通道5兩端的一輸入口31與一輸出口32；也就是說，所述輸入口31位於所述分選通道5的上游，而所述輸出口32則是位於所述分選通道5的下游。再者，所述輸入口31與所述輸出口32於本實施例中皆是以形成於所述貼合層3來說明，並且所述微滴產生器100能於所述輸入口31注入所述液態檢體L、並使所述液態檢體L於所述輸出口32流出。

再者，所述貼合層3還具有一分選孔33，其沿垂直所述流動方向D2與所述厚度方向D1的出液方向D3（呈貫穿狀且）連通於所述分選通道5。於本實施例中，所述微滴產生器100較佳是具有圍繞所述分選孔33的一疏水性（hydrophobic）表面34；也就是說，所述疏水性表面34包圍定義出所述分選孔33。其中，所述疏水性表面34於本實施例中位於沿所述流動方向D2位於所述分選孔33兩側的所述貼合層3底緣部位（如：圖3）、及沿所述厚度方向D1位於所述分選孔33兩側的所述光感應結構1與所述配合結構2的外表面部位（圖中未示出）。再者，所述分選孔33於所述流動方向D2上大致位於所述貼合層3的中央處，並且所述分選孔33於所述流動方向D2上具有介於40微米（μm）～300微米的寬度W33，而所述出液方向D3大致垂直於水平面（或是大致平行於鉛錘線），但本發明不以為限。

所述壓電件4設置於所述貼合層3的外側並位於所述分選通道5之外，並且所述壓電件4與所述分選孔33沿所述出液方向D3分別配置於所述貼合層3的相反兩側。其中，所述微滴產生器100定義有自所述分選孔33朝向所述壓電件4延伸的一微滴擊發區域R。

需額外說明的是，所述微滴擊發區域R於本實施例中是大致位於所述分選孔33沿所述出液方向D3正投影於所述壓電件4的投影區域之內，並且所述微滴擊發區域R的邊界於所述出液方向D3上是與所述分選孔33的中心相隔有50微米～200微米。也就是說，所述微滴擊發區域R可以於所述出液方向D3上涵蓋所述分選通道5的整個寬度W5，並且所述微滴擊發區域R所涵蓋的容積可以依據設計需求而大致等於至少一個微滴L1的體積。

此外，所述微滴擊發區域R的具體範圍可以依據設計需求而加以調整變化，而不受限於圖式所呈現的範圍。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述微滴擊發區域R可以是自所述分選孔33呈扇形延伸而構成；或者，所述微滴擊發區域R可以於所述出液方向D3上僅涵蓋所述分選通道5的部分所述寬度W5（如：所述微滴擊發區域R於所述出液方向D3上僅佔所述分選通道5的所述寬度W5的30%～80%）。

所述電源裝置200於本實施例中是採用交流電源，並且所述電源裝置200是電性耦接於所述微滴產生器100的所述第一電極層12與所述第二電極層22，據以利於提供所述微滴產生器100搭配所述光源機構600共同運作時所需的電力。

所述壓力平衡裝置300包含有安裝於所述輸入口31的一第一閥體301、及安裝於所述輸出口32的一第二閥體302：其中，所述壓力平衡裝置300能通過所述第一閥體301與所述第二閥體302，而控制所述液態檢體L於所述分選通道5內的流速及壓力。舉例來說，所述壓力平衡裝置300能使所述液態檢體L於所述分選孔33形成共平面於所述貼合層3外表面的一液面L2，但不以此為限。

更詳細地說，所述壓力平衡裝置300於本實施例中還包含有一氣壓幫浦303、連接於所述氣壓幫浦303的一切換器304、連通於所述氣壓幫浦303與所述切換器304的一壓力平衡瓶305、連通於所述切換器304與所述第一閥體301的一液體注入瓶306、及連通於所述第二閥體302的一第二容納器具307。其中，所述液體注入瓶306內收容所述液態檢體L，用以經由所述第一閥體301與所述輸入口31注入所述分選通道5；而所述第二容納器具307用以收容自所述輸出口32與所述第二閥體302流出的篩選後液態檢體L。

所述攝像裝置400的位置對應於所述分選通道5的一可視區段51，並且所述攝像裝置400能用來擷取所述可視區段51內的所述液態檢體L的即時影像，據以利於判斷所述微滴產生器100的較佳運作時間。需先說明的是，（位於所述可視區段51的）多個所述生物微粒B可以被區分為至少一個目標生物微粒B1及至少一個非目標生物微粒B2。再者，所述攝像裝置400是沿所述厚度方向D1而面向呈透明狀的所述光感應結構1或呈透明狀的所述配合結構2，以清楚觀察所述液態檢體L於所述分選通道5內沿所述流動方向D2的流動情況。

進一步地說，所述可視區段51的邊界於所述流動方向D2上是與所述分選孔33的所述中心相隔有100微米～300微米，並且所述可視區段51於所述出液方向D3上是涵蓋所述分選通道5的整個寬度W5，而所述微滴擊發區域R則是位於所述可視區段51之內。換個角度來看，所述可視區段51也可稱為一篩選區段，位於所述可視區段51上游的所述分選通道5部位可以稱為一未篩選區段，而位於所述可視區段51下游的所述分選通道5部位可以稱為一已篩選區段，但本發明不以此為限。

所述控制裝置500電性耦接於所述微滴產生器100的所述壓電件4，用以搭配所述即時影像來選擇性地觸發所述壓電件4。需先說明的是，當所述壓電件4（或所述光源機構600）於運作時，所述壓力平衡裝置300通過所述第一閥體301呈開啟狀且所述第二閥體302呈關閉狀（如：圖4至圖6），以保持所述液態檢體L於所述分選通道5內的所述壓力。

依上所述，如圖1、圖5、及圖6，當通過所述即時影像得知所述生物微粒B（如：至少一個所述目標生物微粒B1）處於所述微滴擊發區域R時，所述控制裝置500能觸發所述壓電件4（如：所述壓電件4震動並產生聲波），以驅使所述微滴擊發區域R內的所述液態檢體L穿出所述分選孔33、而形成包覆有所述生物微粒B（如：至少一個所述目標生物微粒B1）的一個所述微滴L1，並且所述微滴L1收容於所述第一容納器具700。

此外，如果是所述生物微粒B（如：至少一個所述目標生物微粒B1）距離所述分選孔33較遠，則所述控制裝置500也可以是多次觸發所述壓電件4，據以連續形成多個所述微滴L1，而至少其中之一個所述微滴L1包覆有所述生物微粒B（如：至少一個所述目標生物微粒B1）。

據此，本發明實施例所公開的所述生物微粒富集設備1000能通過所述微滴產生器100的結構配置，以利於採用所述壓電件4來快速且準確地進行所述生物微粒B（或至少一個所述目標生物微粒B1）的分選與富集作業。其中，所述微滴產生器100是採用能夠被大量生產製造的構造，進而利於降低整體的設備成本。

此外，為使所述微滴產生器100能夠精準地形成包覆有所述目標生物微粒B1的所述微滴L1，以有效地實現所述目標生物微粒B1的富集作業，所述微滴產生器100較佳是搭配所述光源機構600共同作業。如圖2、圖4、及圖5所示，所述光源機構600鄰近於所述攝像裝置400，並且所述光源機構600能照光於所述可視區段51內的至少一個所述目標生物微粒B1，以通過所述光感應結構1而施予至少一個所述目標生物微粒B1一介電泳（dielectrophoresis，DEP）力F1，並驅使其移動進入所述微滴擊發區域R。再者，所述光源機構600也能照光於所述可視區段51內的至少一個所述非目標生物微粒B2，以通過所述光感應結構1而施予至少一個所述非目標生物微粒B2一介電泳力F2，並驅使其移動遠離所述微滴擊發區域R。

據此，本發明實施例所公開的所述生物微粒富集設備1000，其能夠通過所述微滴產生器100搭配所述光源機構600，以使得所述微滴擊發區域R內能夠快速且準確地僅存在所述目標生物微粒B1，進而使所述目標生物微粒B1通過形成所述微滴L1而被集中在所述第一容納器具700。

此外，圖1和圖7所示，當所述微滴擊發區域R內的所述目標生物微粒B1被集中至所述第一容納器具700之後，所述第二閥體302可以再度開啟，以使得在所述可視區段51內未涵蓋所述目標生物微粒B1的所述液態檢體L能夠流向所述第二容納器具307，進而使多個所述非目標生物微粒B2可以被集中在所述第二容納器具307，但本發明不以此為限。

舉例來說，如圖1、圖8、及圖9所示，所述光源機構600可以是照光並驅使至少一個所述目標生物微粒B1移動遠離所述微滴擊發區域R，並且所述光源機構600照光並驅使至少一個所述非目標生物微粒B2移動進入所述微滴擊發區域R，據以使所述非目標生物微粒B2可以通過形成所述微滴L1而被集中在所述第一容納器具700，而多個所述目標生物微粒B1則是可以被集中在所述第二容納器具307。

此外，所述微滴產生器100於本實施例中雖是以形成有一個所述分選孔33及相對應的運作機構來說明，但本發明不以此為限。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述微滴產生器100可以形成有沿所述流動方向D2間隔排列的多個所述分選孔33及其相對應的運作機構，據以能夠通過多個所述分選孔33來自多個所述生物微粒B之中篩選出多種不同的種類。

[實施例二]

請參閱圖10至圖13所示，其為本發明的實施例二。由於本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處不再加以贅述，而本實施例相較於上述實施例一的差異大致說明如下：

於本實施例中，所述光電層13可以通過特定的結構配置而產生較佳的光電耦合效果。進一步地說，所述光電層13包含有形成於所述第一基板11上的一集極層131（collector layer）、形成於所述集極層131內的多個基極區塊1321（base region）、及分別形成於多個所述基極區塊1321內的多個射極區塊1331（emitter region）。換個角度來看，所述集極層131為一N型層；多個所述基極區塊1321相較於所述第一電極層12位於相同高度並共同定義為一基極層132，並且所述基極層132為一P型層；多個所述射極區塊1331相較於所述第一電極層12位於相同高度並共同定義為一射極層133，並且所述射極層133為一重摻雜N型層。

更詳細地說，所述集極層131於本實施例中包含有形成於所述第一基板11上的一連接層1311、及形成於所述連接層1311上且彼此間隔設置的多個集極區塊1312。其中，遠離所述第一電極層12的每個所述集極區塊1312一端（如：頂端）形成有一第一槽狀部1313。

需說明的是，多個所述集極區塊1312於本實施例中是通過所述連接層1311而彼此電性耦接，但本發明不以此為限。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述集極層131可以依據設計需求而省略所述連接層1311，並且多個所述集極區塊1312直接形成於所述第一基板11上，所述第一基板11則可以是一低摻雜N型層，據以使所述第一基板11能夠和所述集極層131共同作為一集極（collector）使用。

多個所述基極區塊1321分別形成於多個所述集極區塊1312的所述第一槽狀部1313內（也就是，每個所述集極區塊1312的內側形成有一個所述基極區塊1321），並且遠離所述第一電極層12的每個所述基極區塊1321一端（如：頂端）形成有彼此間隔設置的多個第二槽狀部1322。

再者，多個所述射極區塊1331分別對應於多個所述基極區塊1321而形成（也就是，每個所述基極區塊1321的內側形成有一個所述射極區塊1331）。其中，每個所述射極區塊1331包含有多個射極墊1332，其分別形成於相對應所述基極區塊1321的多個所述第二槽狀部1322內。

依上所述，任一個所述基極區塊1321、相對應的所述集極區塊1312、及相對應的所述射極區塊1331共同構成一直立型電晶體130。所述絕緣層14於本實施例中為一氮化矽層或一氧化矽層，但不以此為限；其中，所述絕緣層14覆蓋且分隔所述多個所述直立型電晶體130，並且遠離所述第一電極層12的每個所述射極墊1332一端（如：頂端）裸露於所述絕緣層14之外。也就是說，所述絕緣層14可以是覆蓋於所述連接層1311及每個所述直立型電晶體130的環側面。

需先說明的是，基於多個所述直立型電晶體130於本實施例中是採用大致相同的構造，所以為便於說明，以下僅介紹其中一個所述直立型電晶體130的結構，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，多個所述直立型電晶體130的構造也可以彼此略有差異。

於本實施例中，所述集極區塊1312的所述一端、所述基極區塊1321的所述一端、及每個所述射極墊1332的所述一端較佳是彼此呈共平面設置，並且任一個所述射極墊1332的寬度需大於其厚度，而相鄰的任兩個所述射極墊1332之間的間距需小於5微米（μm），但本發明不以此為限。此外，所述基極區塊1321的厚度可以是所述集極區塊1312的厚度的15%～35%，並且任一個所述射極墊1332的所述厚度為所述基極區塊1321的所述厚度的5%～20%，但本發明不以此為限。

再者，當以所述生物微粒B的角度來看時，所述光電層13之中的任何細微變化都會對所述生物微粒B產生顯著的影響，因而本實施例中於下述說明中，提出所述直立型電晶體130的多個所述射極墊1332的尺寸配置與多種排列方式，據以利於能夠以較漸進式電場差分選所述生物微粒B，但本發明不以此為限。

於本實施例的所述直立型電晶體130之中，多個所述射極墊1332包含有沿著一內環形路徑P1進行配置的一第一墊1332a、位於所述內環形路徑P1內側的一中心墊1332d、沿著一外環形路徑P2進行配置的一第二墊1332b、及沿著一擴增環形路徑P3進行配置的一第三墊1332c。其中，所述外環形路徑P2圍繞於所述內環形路徑P1之外，而所述擴增環形路徑P3位於所述內環形路徑P1與所述外環形路徑P2之間，但本發明不以此為限。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，所述中心墊1332d及/或所述第三墊1332c也可以依據設計需求而省略；或者，所述內環形路徑P1與所述外環形路徑P2之間設有至少兩條所述擴增環形路徑P3。

進一步地說，所述中心墊1332d的寬度、所述第一墊1332a的寬度、及所述第二墊1332b的寬度彼此不同，並且所述第三墊1332c的寬度介於所述第一墊1332a的所述寬度以及所述第二墊1332b的所述寬度之間。而於本實施例中，多個所述射極墊1332的寬度較佳是由所述外環形路徑P2朝向所述中心墊1332d的方向逐漸地縮小；也就是說，多個所述射極墊1332依其寬度，由大至小排列如下：所述第二墊1332b、所述第三墊1332c、所述第一墊1332a、及所述中心墊1332d，但本發明不以此為限。

此外，所述第一墊1332a的數量、所述第二墊1332b的數量、及所述第三墊1332c的數量各於本實施例中為單個且呈方環形，但所述第一墊1332a、所述第二墊1332b、及所述第三墊1332c的具體配置數量與外型可依據設計需求而加以調整變化，但本發明不以此為限。

依上所述，任一個所述直立型電晶體130能用來供所述光源機構600照光，以使其能通過多個所述射極墊1332的分佈而產生非均勻的多個電場，進而對所述生物微粒（如：至少一個所述目標生物微粒）施予多道所述介電泳力。

據此，所述生物微粒富集設備1000於本實施例中所採用的所述光電層13具有特定的結構設計，使其利於以非接觸的光電耦合方式，來通過任一個所述直立型電晶體130的多個所述射極墊1332產生多個電場及其衍生之電場差（類似於尖端放電的效果），進而能夠用來準確地移動（或捕捉）所述目標生物微粒至任意區域。

[本發明實施例的技術效果]

綜上所述，本發明實施例所公開的生物微粒富集設備與生物微粒富集裝置，其能通過所述微滴產生器的結構配置，以利於採用所述壓電件來快速且準確地進行所述生物微粒（或至少一個所述目標生物微粒）的分選與富集作業。其中，所述微滴產生器是採用能夠被大量生產製造的構造，進而利於降低整體的設備成本。

再者，本發明實施例所公開的生物微粒富集裝置，其還能夠通過所述微滴產生器搭配所述光源機構，以使得所述微滴擊發區域內能夠快速且準確地僅存在所述目標生物微粒，進而使所述目標生物微粒通過形成所述微滴而被集中。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的專利範圍內。

1000:生物微粒富集設備 100:微滴產生器 1:光感應結構 11:第一基板 12:第一電極層 13:光電層 130:直立型電晶體 131:集極層 1311:連接層 1312:集極區塊 1313:第一槽狀部 132:基極層 1321:基極區塊 1322:第二槽狀部 133:射極層 1331:射極區塊 1332:射極墊 1332a:第一墊 1332b:第二墊 1332c:第三墊 1332d:中心墊 14:絕緣層 2:配合結構 21:第二基板 22:第二電極層 3:貼合層 31:輸入口 32:輸出口 33:分選孔 34:疏水性表面 4:壓電件 5:分選通道 51:可視區段 200:電源裝置 300:壓力平衡裝置 301:第一閥體 302:第二閥體 303:氣壓幫浦 304:切換器 305:壓力平衡瓶 306:液體注入瓶 307:第二容納器具 400:攝像裝置 500:控制裝置 600:光源機構 700:第一容納器具 L:液態檢體 L1:微滴 L2:液面 B:生物微粒 B1:目標生物微粒 B2:非目標生物微粒 D1:厚度方向 D2:流動方向 D3:出液方向 W5、W33:寬度 R:微滴擊發區域 F1、F2:介電泳力 P1:內環形路徑 P2:外環形路徑 P3:擴增環形路徑

圖1為本發明實施例一的生物微粒富集設備的平面示意圖。

圖2為圖1的部分立體示意圖。

圖3為圖2沿剖線III-III的剖視示意圖。

圖4為圖3之中的第二閥體被操作至關閉狀的剖視示意圖。

圖5為圖4之中以介電泳力牽引生物微粒的的剖視示意圖。

圖6為圖5之中通過驅動壓電件而使微滴產生器形成有微滴的剖視示意圖。

圖7為圖6之中的第二閥體被操作至開啟狀的剖視示意圖。

圖8為本發明實施例一的生物微粒富集設備的另一操作模式的剖視示意圖。

圖9為圖8後續作動的剖視示意圖。

圖10為本發明實施例二的生物微粒富集設備的局部立體示意圖。

圖11為圖10沿剖線XI-XI的剖視示意圖。

圖12為圖11的區域XII的放大示意圖。

圖13為圖12的直立型電晶體的俯視示意圖。

100:微滴產生器

1:光感應結構

11:第一基板

12:第一電極層

13:光電層

14:絕緣層

2:配合結構

21:第二基板

22:第二電極層

3:貼合層

31:輸入口

32:輸出口

33:分選孔

4:壓電件

5:分選通道

51:可視區段

200:電源裝置

301:第一閥體

302:第二閥體

400:攝像裝置

500:控制裝置

600:光源機構

L:液態檢體

B:生物微粒

B1:目標生物微粒

B2:非目標生物微粒

D1:厚度方向

D2:流動方向

D3:出液方向

W33:寬度

Claims (15)

1. 一種生物微粒富集設備，其用來從包含多個生物微粒的一液態檢體之中分選出至少一個所述生物微粒，所述生物微粒富集設備包括： 一微滴產生器，其包含： 一光感應結構，包含有： 一第一基板； 一第一電極層與一光電層，分別形成於所述第一基板的相反兩側；及 一絕緣層，覆蓋於所述光電層； 一配合結構，其與所述光感應結構呈間隔設置且至少其中一個呈透明狀；其中，所述配合結構包含有一第二基板及形成於所述第二基板的一第二電極層，並且所述第二電極層面向所述光感應結構； 一貼合層，其沿一厚度方向連接於所述光感應結構與所述配合結構之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向的一流動方向配置的一分選通道，並且所述配合結構與所述貼合層的至少其中之一形成有位於所述分選通道上游的一輸入口、及位於所述分選通道下游的一輸出口；其中，所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向與所述厚度方向的一出液方向連通於所述分選通道；及 一壓電件，其設置於所述貼合層，並且所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側；其中，所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域； 一電源裝置，其電性耦接於所述第一電極層與所述第二電極層； 一壓力平衡裝置，包含有安裝於所述輸入口的一第一閥體、及安裝於所述輸出口的一第二閥體：其中，所述壓力平衡裝置能通過所述第一閥體與所述第二閥體，而控制所述液態檢體於所述分選通道內的流速及壓力； 一攝像裝置，其位置對應於所述分選通道的一可視區段，並且所述攝像裝置能用來擷取所述可視區段內的所述液態檢體的即時影像；其中，所述微滴擊發區域位於所述可視區段之內；以及 一控制裝置，其電性耦接於所述壓電件；其中，當通過所述即時影像得知所述生物微粒處於所述微滴擊發區域時，所述控制裝置能觸發所述壓電件，以驅使所述微滴擊發區域內的所述液態檢體穿出所述分選孔、而形成包覆有所述生物微粒的一微滴。
2. 如請求項1所述的生物微粒富集設備，其中，位於所述可視區段的多個所述生物微粒具有至少一個目標生物微粒，所述生物微粒富集設備進一步包括： 一光源機構，其能照光於所述可視區段內的至少一個所述目標生物微粒，以通過所述光感應結構而施予至少一個所述目標生物微粒一介電泳（dielectrophoresis，DEP）力，並驅使其移動進入所述微滴擊發區域。
3. 如請求項2所述的生物微粒富集設備，其中，位於所述可視區段的多個所述生物微粒具有至少一個非目標生物微粒；其中，所述光源機構能照光於所述可視區段內的至少一個所述非目標生物微粒，以通過所述光感應結構而施予至少一個所述非目標生物微粒一介電泳力，並驅使其移動遠離所述微滴擊發區域。
4. 如請求項2所述的生物微粒富集設備，其中，所述光電層包含有： 一集極層（collector layer），形成於所述第一基板上；其中，所述集極層包含有間隔設置的多個集極區塊，並且遠離所述第一電極層的每個所述集極區塊一端形成有一第一槽狀部； 多個基極區塊（base region），分別形成於多個所述集極區塊的所述第一槽狀部內，並且遠離所述第一電極層的每個所述基極區塊一端形成有彼此間隔設置的多個第二槽狀部；及 多個射極區塊（emitter region），分別對應於多個所述基極區塊而形成；其中，每個所述射極區塊包含有多個射極墊，其分別形成於相對應所述基極區塊的多個所述第二槽狀部內；其中，任一個所述基極區塊、相對應的所述集極區塊、及相對應的所述射極區塊共同構成一直立型電晶體；其中，所述絕緣層覆蓋且分隔所述多個所述直立型電晶體，並且遠離所述第一電極層的每個所述射極墊一端裸露於所述絕緣層之外； 其中，任一個所述直立型電晶體能用來供所述光源機構照光，以使其能通過多個所述射極墊的分佈而產生非均勻的多個電場，進而對至少一個所述目標生物微粒施予多道所述介電泳力。
5. 如請求項4所述的生物微粒富集設備，其中，於每個所述直立型電晶體之中，多個所述射極墊包含有沿著一內環形路徑進行配置的一第一墊、及沿著一外環形路徑進行配置的一第二墊，並且所述外環形路徑圍繞於所述內環形路徑之外；其中，所述第一墊的寬度不同於所述第二墊的寬度。
6. 如請求項5所述的生物微粒富集設備，其中，於每個所述直立型電晶體之中，多個所述射極墊包含有沿著一擴增環形路徑進行配置的一第三墊，並且所述擴增環形路徑位於所述內環形路徑與所述外環形路徑之間，所述第三墊的寬度介於所述第一墊的所述寬度以及所述第二墊的所述寬度之間。
7. 如請求項2所述的生物微粒富集設備，其中，當所述壓電件或所述光源機構於運作時，所述壓力平衡裝置通過所述第一閥體呈開啟狀且所述第二閥體呈關閉狀，以保持所述液態檢體於所述分選通道內的所述壓力。
8. 如請求項1所述的生物微粒富集設備，其中，所述微滴產生器具有圍繞所述分選孔的一疏水性（hydrophobic）表面，並且所述壓力平衡裝置能使所述液態檢體於所述分選孔形成共平面於所述貼合層外表面的一液面。
9. 如請求項8所述的生物微粒富集設備，其中，所述生物微粒富集設備包含有一第一容納器具，用以收容所述微滴；所述壓力平衡裝置包含有： 一氣壓幫浦； 一切換器，連接於所述氣壓幫浦； 一壓力平衡瓶，連通於所述氣壓幫浦與所述切換器； 一液體注入瓶，連通於所述切換器與所述第一閥體，並且所述液體注入瓶內用以收容所述液態檢體，以經由所述第一閥體與所述輸入口注入所述分選通道；及 一第二容納器具，連通於所述第二閥體。
10. 如請求項1所述的生物微粒富集設備，其中，所述分選孔於所述流動方向上具有介於40微米（μm）～300微米的寬度，所述可視區段的邊界於所述流動方向上是與所述分選孔的中心相隔有100微米～300微米。
11. 如請求項1所述的生物微粒富集設備，其中，所述微滴擊發區域位於所述分選孔沿所述出液方向正投影於所述壓電件的投影區域之內。
12. 如請求項11所述的生物微粒富集設備，其中，所述微滴擊發區域的邊界於所述出液方向上是與所述分選孔的中心相隔有50微米～200微米。
13. 一種生物微粒富集裝置，其用來從包含多個生物微粒的一液態檢體之中分選出一目標生物微粒，所述生物微粒富集裝置包括： 一微滴產生器，其包含： 一光感應結構，包含有： 一第一基板； 一第一電極層與一光電層，分別形成於所述第一基板的相反兩側；及 一絕緣層，覆蓋於所述光電層； 一配合結構，其與所述光感應結構呈間隔設置且至少其中一個呈透明狀；其中，所述配合結構包含有一第二基板及形成於所述第二基板的一第二電極層，並且所述第二電極層面向所述光感應結構； 一貼合層，其沿一厚度方向連接於所述光感應結構與所述配合結構之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向的一流動方向配置的一分選通道，並且所述配合結構與所述貼合層的至少其中之一形成有位於所述分選通道上游的一輸入口、及位於所述分選通道下游的一輸出口；其中，所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向與所述厚度方向的一出液方向連通於所述分選通道；及 一壓電件，其設置於所述貼合層，並且所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側；其中，所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域；以及 一光源機構，其能照光於所述微滴產生器內的所述目標生物微粒，以通過所述光感應結構而施予所述目標生物微粒一介電泳力，並驅使其移動進入所述微滴擊發區域；其中，所述壓電件能運作以驅使所述微滴擊發區域內的所述液態檢體穿出所述分選孔、而形成包覆有所述目標生物微粒的一微滴。
14. 一種微滴產生器，其包括： 一光感應結構，包含有： 一第一基板； 一第一電極層與一光電層，分別形成於所述第一基板的相反兩側；及 一絕緣層，覆蓋於所述光電層； 一配合結構，其與所述光感應結構呈間隔設置且至少其中一個呈透明狀；其中，所述配合結構包含有一第二基板及形成於所述第二基板的一第二電極層，並且所述第二電極層面向所述光感應結構； 一貼合層，其沿一厚度方向連接於所述光感應結構與所述配合結構之間，以共同包圍界定出沿垂直所述厚度方向的一流動方向配置的一分選通道，並且所述配合結構與所述貼合層的至少其中之一形成有位於所述分選通道上游的一輸入口、及位於所述分選通道下游的一輸出口；其中，所述貼合層具有一分選孔，其沿垂直所述流動方向與所述厚度方向的一出液方向連通於所述分選通道；以及 一壓電件，其設置於所述貼合層，並且所述壓電件與所述分選孔沿所述出液方向分別配置於所述貼合層的相反兩側；其中，所述微滴產生器定義有自所述分選孔朝向所述壓電件延伸的一微滴擊發區域。
15. 如請求項14所述的微滴產生器，其中，所述微滴產生器具有圍繞所述分選孔的一疏水性表面，所述分選孔於所述流動方向上具有介於40微米～300微米的寬度，所述微滴擊發區域位於所述分選孔沿所述出液方向正投影於所述壓電件的投影區域之內，並且所述微滴擊發區域的邊界於所述出液方向上是與所述分選孔的中心相隔有50微米～200微米。