[发明专利]一种离心式磁性粒子操纵与检测装置及其运作方法

说明书

技术领域

一种离心式磁性粒子操纵与检测装置及其运作方法，尤指一种可以通过转速控制在上下两个磁场磁力间的离心力大小以决定试剂中的磁珠移动位置的离心式磁性粒子操纵与检测装置及其运作方法。

背景技术

酵素连结免疫分析法(ELISA,enzyme-linked immunosorbent assay)俨然已是生化检验上检测特定蛋白质的方法，其原理是利用抗原与抗体之间的专一性，以酵素的呈色反应来进行化学或是生物分子的定量分析。

该技术最早由Engvall与Perlmann等人于1972年建立，因其检测讯号具有高度灵敏度，所以常被应用于实验室及临床医学检验，其中以三明治酵素连结免疫分析法(Sandwich ELISA)为例，该实验中需要陆续加入捕捉抗体(Capture antibody)、抗原(Antigen)、连结上酵素的侦测抗体(Detection antibody labeled with HRP)、呈色液进行反应。

在上述的每个步骤中又各自需要一段培育时间(Incubation time)以及清洗(Wash)步骤，因此，整个程序除了费时费工之外，加上传统的执行方式大多使用96孔微滴定盘(Microtiter plate)来进行，在装载(load)样本时也容易因人为的操作微量滴管(Micropipette)失误，进而影响检测的结果。

施行ELISA时需将抗体抗原事先固定于基材上，间接型的键结方法降低了衔接效率，因此需要透过更多的试剂量或是更长的时间来改善，甚至会有非特异性蛋白的吸附而造成背景值的提升，繁琐的检测过程导致整个检测往往需要数小时甚至数天来进行反应。

为了改善传统ELISA使用96孔微滴定盘进行检测所造成的缺失，有部分学者提出利用生物学检测常用的离心方式与ELISA进行结合，也就是现在通称的CD ELISA(Compact Disc ELISA)。

现有的CD ELISA中作为离心主体的主要是利用一种外观类似光盘(Compact Disc)的碟体(有时称为芯片(Chip))来进行离心式检测，主要的设计方式是将抗体/抗原事先包被于碟体基材表面，将微流体碟体刻划多组微流道，并在微流道上设计数个储存槽，于储存槽下方设置微流阀门。

当微流体碟体处于低转速离心时，液体在储存槽通往微流阀门的入口处会形成一液气表面，此时液体的内部有来自离心作用下所形成的液体压力，而在液气表面上会因表面张力产生一阻止液体前进的毛细压力，当液体压力低于毛细压力时，液体会保留在储存槽中，而随着离心转速提高，液体压力跟着增加，直到液体所受的离心力大于毛细压力时，便会突破微流阀门，使储存槽中的液体释放出来。

利用离心转速控制的原理，便可轻易控制试剂依照检测流程依序释放，检测人员只需预先将试剂注入各储存槽，便可自动化执行试剂依序释放以及培育(incubation)混合反应，完成检测程序，再加上在此系统中试剂体积需求量小且反应的表面积大，可加速反应进行，使整体的检测时间缩短至1～2小时即可完成。

然而，这类设计看似完美，却隐藏着两大问题；第一，微流阀门的稳定性不佳，第二，微小固相基材包被技术困难及稳定性不佳。

上述设计看似能依照控制转速达到依序释放试剂的效果，但在实际检测中，突破转速并非一个定值，其值落在突破转速平均值的正负20％范围之内，此时会影响依序释放试剂的正确性，当各微流阀门的突破转速差距不够大，会形成突破转速范围重迭的情况，可能会使得在相同转速下有数个微流阀同时被突破，导致原有检测程序的改变，造成测试失败。

除此之外，要在微小尺寸(1～2mm)的碟体基材上进行抗原/抗体包被，其技术十分困难且其包被效果不甚稳定，往往会造成数据波动较大。

有鉴上述设计阙失，有部分学者着手于改良微流阀门设计及固相载体包被方法，例如以石蜡阀门取代微流阀门作为阻挡液体释放的装置，其原理是以低熔点的石蜡阻挡阀门，使液体于储存槽中无法突破石蜡阀门前进，当需要释放液体时，再依序用雷射光溶解石蜡，使其阀门开启，达到依序释放的目的，如此即可正确的控制液体突破阀门的顺序，以避免释放顺序错误情形发生。

但此方法会造成盘片制作困难度提高，同时溶解石蜡阀门也需要精密仪器控制，提高了整个测试的制作成本。

为了改善上述抗体/抗原包被技术的疏失，部分学者藉由微球(材质可分成塑料及磁性物质)表面的官能基团，以化学键结方法成功将抗体/抗原包被于微球表面上，再将微球注入至储存槽内，并与样本及试剂进行反应。