血液凝固测试用的生医晶片与其制造方法及用途
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种生医晶片，特别是指一种可用以混合输送两种
试剂并可用于血液凝固测试的生医晶片。
背景技术
[0002] 传统的血液凝固测试必须在实验室中完成，测试样本需为血液离心后的
血浆，测试样本取得耗时，且所使用的仪器不是售价过于昂贵就是体积过于庞大，并需由专业人员进行操作，并不符合一般民众实时使用的需求，且对于亟需在第一时间得知实验结果的医护人员而言也相当困扰。虽然坊间有几款与血液凝固相关的小型机器，但其服务对象通常局限在有服用抗凝血药物的患者，不适用于一般民众。
[0003] 近年来，生医检测晶片的开发技术已相当成熟，应可用在开发血液凝固测试用生医晶片，这类生医检测晶片的其中一个发展重点是在于微
流体的驱动与混合，其中又以高黏度流体(例如血液)的驱动较具困难度，目前主要是采用外加微型
泵的方式来驱动检体，但此种利用微型泵驱动的方式，会造成设备庞大且成本偏高，而晶片结构设计亦较为复杂，不利于加工制造，因此，若能改为由表面张
力驱动高黏度流体，将可省略微型泵的制作与花费。
[0004] 在表面
张力驱动的微流体晶片当中，若微流道表面的亲
水性高，则可产生较大的流体驱动力。目前这类微流体自驱动晶片常以高分子材料(例如SU8或PDMS)制作微流道，并通过
氧气电浆或其它表面改质处理的方式，将材料表面由斥水性表面改变成高亲水性与湿润性表面，达到流体自驱动与输送目的。但以对氧电浆与
热处理方式改善PDMS的亲水性的方式为例，当只做氧电浆处理时，高亲水特性在数十分钟之后就会消失，若将氧电浆改质之后的PDMS做进一步的化学浸泡处理，则可将亲水性维持到数天之久，但斥水性返回问题依然存在。
[0005] 除了PDMS和SU8等高分子材料之外，玻璃也是流体晶片常用的材料，但传统玻璃晶片的制作与接合存在着制程步骤复杂与热接合
温度高等缺点。
发明内容
[0006] 因此，本发明的目的即在于提供一种具永久亲水性毛细力（capillary force），并可应用于血液凝固测试的流体自驱动式生医晶片。
[0007] 本发明的另一目的，即在于提供一种制造具永久亲水性毛细力的血液凝固测试用生医晶片。
[0008] 本发明的再一目的，在于提供一种以上述血液凝固测试用生医晶片用在两种试剂的自驱动与混合的用途。
[0009] 为达上述目的，本发明提供一种血液凝固测试用生医晶片，包含由下往上依序迭接的一亲水性材质的
基板层、一
中间层，及一亲水性材质的上盖层，且该基本层、中间层与上盖层相配合界定出一封闭的细长的微流道、分别开设在上盖层并连通于微流道两相反端的一第一注入口与一排出口，及一邻近第一注入口且与该微流道连通的第二注入口，该微流道具有一径向外扩并与该第二注入口连通的混合区间，该混合区间的外扩口径大于该第二注入口的口径，并具有一位于第二注入口下方的连通部，及一介于基板层与上盖层间且连通绕设在该连通部周围的毛细部，且该微流道内径小至会产生驱使第一注入口中的血液及第二注入口中的试剂自动沿其长度方向流动的毛细力，而会驱使血液自动流经该毛细部，并将该连通部内的试剂吸入混合后，朝该排出口方向流动。
[0010] 进一步，本发明提供一种血液凝固测试用生医晶片的制造方法，包含以下步骤：（a）将一中间层贴覆固定在一亲水性的基板层的顶面；（b）在该中间层的顶面成形一上下贯穿的细长状的微孔道，且该微孔道具有一径向外扩的外扩段；（c）以镭射加工方式在一亲水性的上盖层顶面穿设相间隔的一第一注入孔、一第二注入孔与一排出孔，且该第二注入孔的孔径小于该外扩段的口径；及（d）将步骤（c）制成的上盖层迭接固定在中间层的顶面而
覆盖该微孔道，并与该基板层及中间层的微孔道相配合界定出一内径小至会产生驱使血液自动流动的毛细力的微流道，并使该第一注入孔与排出孔分别对应连通于该微流道两相反端，且使该第二注入孔与该外扩段对应连通。
[0011] 进一步，本发明还提供一种以上述血液凝固测试用生医晶片用在驱动混合两种试剂的用途，包含以下步骤：（a）将液体状的第一种试剂滴入该第一注入口中，利用微流道产生的毛细力自驱动第一种试剂流动；及（b）在第一种试剂沿混合区间的毛细部绕过该混合区的连通部，而穿过该混合区间后，经由该第二注入口于该连通部内加入待混合的液体状的第二种试剂，使第二种试剂被该毛细部的毛细力吸入毛细部中，并与第一种试剂混合后，一起穿过该混合区间。
[0012] 更进一步，本发明还提供一种以上述血液凝固测试用生医晶片用于驱动混合两种试剂的用途，包含以下步骤：（a）将粉末状的第二种试剂涂布在混合区间内壁表面；及（b）将液体状的第一种试剂滴入该第一注入口中，利用微流道产生的毛细力自驱动第一种试剂流动经过该混合区间的毛细部，使流经该毛细部的第一种试剂逐渐带走混合空间中的粉末状的第二种试剂，使第二种试剂混合于第一种试剂后，一起穿过该混合区间。
[0013] 本发明的有益效果在于：通过以亲水性材料作为基板层与上盖层所建构完成的血液凝固测试用生医晶片，可有效通过微流道本身的亲水性毛细力，自驱动高黏稠度的血液的流动，及两种液体的自驱动与混合，且会恒久保有亲水性。
附图说明
[0014] 图1是本发明所提供的血液凝固测试用生医晶片的一个优选
实施例的立体分解图；图2是图1所示的优选实施例的俯视图；
图3是图1所示的优选实施例中，一上盖层进行水辅助镭射加工的示意图；
图4是类似图3的视图，说明以水辅助镭射在贴负载基板层顶面的中间层加工出微孔道的示意图；及
图5是图1所示的优选实施例进行柠檬
酸化血液的各项凝固时间测试的时间分布柱状图。
[0015] 附图标号说明3 血液凝固测试用生医晶片
300 微流道
301 混合区间
302 连通部
303 毛细部
304 第一注入口
305 第二注入口
306 排出口
31 基板层
32 中间层
321 微孔道
322 外扩段
33 上盖层
331 第一注入孔
332 第二注入孔
333 排出孔
334 标示线
800 水辅助镭射设备。
具体实施方式
[0016] 有关本发明前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合图1～图5的一个优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
[0017] 如图1和图2所示，本发明血液凝固测试用的生医晶片3的优选实施例，适用在进行
全血的凝固时间测试，以及两种试剂的自驱动输送与混合，其中所适用的试剂可以是干粉状试剂或是液体状试剂。该生医晶片3包含由下往上依序迭接的一基板层31、一中间层32与一上盖层33。
[0018] 该基板层31与上盖层33皆是由亲水性材料制成，在本实施例中，该基板层31与上盖层33皆为亲水性玻璃。其中，该上盖层33的顶面穿设有相间隔的一第一注入孔331、一第二注入孔332与一排出孔333，且其顶面位于第二注入孔332右侧预定距离处标示有一前后延伸的标示线334。
[0019] 在本实施例中，该中间层32为双面
胶带，上下贯穿设置有一左右连续往复弯折且前后延伸分布的细长的微孔道321，且该微孔道321邻近其左端处具有一径向外扩的圆形的外扩段322，该外扩段322孔径大于该第二注入孔332孔径。
[0020] 配合图3和图4所示，该生医晶片3制造时，是通过水辅助镭射设备800进行加工，先在该上盖层33加工出该第一注入孔331、第二注入孔332与该排出孔333。该中间层32加工前，需先黏固在基板层31的顶面，在黏固在基板层31的顶面的情况下，通过水辅助镭射加工方式，在该中间层32的顶面加工出微孔道321。
[0021] 接着，进行层状结构的迭接固定，由于本实施例所采用的中间层32为双面胶带，其本身即具有黏性，所以可直接将该上盖层33迭接黏固在该中间层32的顶面，而覆盖该微孔道321。此时，该基板层31、上盖层33与中间层32会相配合界定出一连续弯折延伸的微流道300、分别连通于微流道300两相反端的一第一注入口304、一排出口306，及一连通于微流道300并邻近该第一注入口304的第二注入口305，且该微流道300具有一与该第二注入口305连通且径向外扩的混合区间301，该混合区间301的口径大于该第二注入口305口径，并具有一连通位于第二注入口305正下方的连通部302，及一介于基板层31与上盖层33相向侧面间且连通环绕于连通部302周围的环状的毛细部303。
[0022] 在本实施例中，该第一注入口304口径为11 mm，第二注入口305口径为2 mm，该排出口306口径为2 mm，微流道300的细长部位宽度为0.8 mm、深度175 μm，微流道300的混合区间301的口径4 mm，且因该基板层31与上盖层33皆为亲水性材质的玻璃，所以该微流道300可产生驱使该第一注入口304中的血液与该第二注入口305中的试剂自动流入的亲水性毛细力，也就是，当血液注入该第一注入口304后，该微流道300的毛细力便会自动将血液吸入，并自驱动血液流经该混合区间301的毛细部303，而朝该排出口306方向流动。但实施时，微流道300与该混合区间301不以上述尺寸为限，可依实际需要进行调整。
[0023] 接着，即针对本实施例进行血液凝固测试的方法进行说明，本实施例中，是在刚从人体抽出的全血（4.5 mL）中混合加入0.129 M
柠檬酸纳（Sodium citrate）抗凝剂（Anticoagulant），血液与抗凝剂比例为9：1，使全血失去凝固作用，制成柠檬酸化血液。所进行的三种血液凝固时间测试，分别为加入
钙离子的再钙化凝固时间测试、加入钙离子与肝素(Heparin)的再钙化凝固时间测试，及加入钙离子与
高岭土（Kaolin）的再钙化凝固时间测试，分别说明如下：（一）、加入钙离子的再钙化凝固时间测试。
[0024] 步骤（1）：将150 μL柠檬酸化血液滴入该第一注入口304中，使柠檬酸化血液受该微流道300的毛细力作用，而自动沿该微流道300流动。
[0025] 步骤（2）：当柠檬酸化血液穿过该混合区间301，并流至该混合区间301下游20 mm处的标示线334
位置时，在该第二注入口305中滴入5 μL的
氯化钙溶液，开始进行再钙化凝固时间测试，并开始计时。此时，加入该混合区间301的连通部302的氯化钙溶液，会随即被该环状毛细部303的毛细力逐渐吸入该毛细部303中，与柠檬酸化血液进行混合，并继续流过该混合区间301。在本实施例中，进行测试的氯化钙溶液浓度分别为1 M与3 M，该等氯化钙溶液所含钙离子远大于全血凝固所需的钙离子浓度。
[0026] 步骤（3）：当微流道300中的血液凝固不动时，终止计时，此时，自该氯化钙加入至该血液完全凝固的这段期间，即为血液再钙化凝固时间。
[0027] （二）加入钙离子与肝素(heparin)的再钙化凝固时间测试。
[0028] 测试前，先将150 μL柠檬酸化血液与0.1 ml的肝素（浓度为5000 i.u./mL）混合均匀，然后将混合有肝素的血液滴入该第一注入口304中，并在血液流至该混合区间301下游20 mm处的标示线334位置时，在该第二注入口305中滴入 5 μL的3 M氯化钙溶液，然后开始计时，且在微流道300中的血液凝固不动时终止计时，此时，自该氯化钙溶液加入至该血液完全凝固的这段期间，即为血液再钙化凝固时间。
[0029] （三）加入钙离子与高岭土（Kaolin）的再钙化凝固时间测试。在本测试中，是将柠檬酸化血液与高岭土混合后，再将混合好的血液滴入第一注入口304中，并在血液流至混合区间301下游的标示线334位置时，在该第二注入口305中滴入氯化钙溶液开始进行检测，并于微流道300中的血液凝固不动时，终止计时，自该氯化钙溶液加入至该血液完全凝固的这段期间，即为血液再钙化凝固时间。其中，柠檬酸化血液与高岭土的混合比例为：1.0 mL的柠檬酸化血液加入0.2 mg高岭土，混合浓度约为0.2 mg/mL，而加入的氯化钙溶液浓度为3 M，体积为5 μL。
[0030] 由表一所示的临床实验室所采用的参考值，以及图5所示上述三种凝血测试测得的凝血时间长短，可知在柠檬酸化血液中加入的钙离子浓度是多是少，对凝固时间影响不大。
[0031]血液凝固测试类别 凝固时间
全血 4-8分钟
柠檬酸化血液 不凝固
柠檬酸化血液+钙离子 5-12分钟
柠檬酸化血液+肝素+钙离子 视肝素浓度而定，多则可延长数倍
柠檬酸化血液+高岭土+钙离子 视高岭土浓度而定，多则可缩短一半以上
表一
上述实验中，添加肝素的凝固时间为53.81 ± 2.06分钟，比单纯加入钙离子的正常凝固时间5-12分钟延长数倍，而添加高岭土的再钙化血液凝固时间，则比正常的凝固时间缩短一半，且上述各项血液凝固测试的血液凝固时间皆落在临床实验室所采用的参考值范围内，证实本发明血液凝固测试用生医晶片确实可应用在血液凝固测试。
[0032] 由以上三项测试可知，由于本发明生医晶片3的亲水性材质的基板层31与上盖层33相配合构成的微流道300结构设计，能够利用亲水性毛细力
直接驱动高黏稠度的液体流动，使得血液的驱动完全不需使用到任何泵构件，使得晶片的使用更为简便。
[0033] 本发明血液凝固测试用生医晶片3除了可用于上述血液凝固的测试外，也可用以驱动并混合输送其它液体状试剂。进行两种液体状试剂的混合时，可先将第一种试剂滴入该第一注入口304中，使第一试剂被微流道300的毛细力驱动，而朝微流道300排出口306方向流动，并在流经该混合区间301时，将第二种试剂注入该第二注入口305中，此时，位于连通部301的第二试剂会被该毛细部302的毛细力逐渐吸入，而开始与第一种试剂进行混合，并在混合后一起流出该混合区间301，便完成两种试剂的混合作业。
[0034] 在上述两种试剂的混合说明中，第二种试剂也可改成干粉状试剂，此时，是先将该干粉状的第二种试剂涂布在该混合区间301的毛细部303内壁表面后，再将第一种试剂滴入该第一注入口304中，使得第一种试剂流经该混合区间301时，会开始与该干粉状的第二种试剂进行混合，使待测物能够开始产生反应，且混合后的液体会受毛细力影响而继续穿过该混合区间301，朝该排出口306方向流动，以便进行后续的其它检测。
[0035] 另外，在本实施例中，该中间层32是由双面胶带所构成，但实施时，该中间层32也可采用具亲水性的日本合成
橡胶(JSR)光阻材料或PMMA（聚甲基
丙烯酸甲酯，Polymethylmethacrylate）光阻材料，当采用上述两种亲水性光阻材料作为中间层32时，可先将上述亲水性光阻材料固定在基板层31后，通过曝光显影方式，来建构出该微孔道321。此时，由于该基板层31、中间层32与上盖层33皆是由亲水性材料制成，所以可进一步提高微流道300的毛细力，有助于提高液体输送效率，且因该等光阻材料可在较低温度下热接合固定在玻璃材料的基板层31与上盖层33，所以制程简单快速。
[0036] 归纳上述，通过以亲水性材料作为基板层31与上盖层33，并以双面胶带或亲水性光阻材料作为中间层32所构成的血液凝固测试用生医晶片3，可有效通过微流道300本身的毛细力自体驱动高黏稠度的血液的流动，并可通过沿该微流道300的长度方向间隔设置的第一注入口304与该第二注入口305，及该微流道300连通于该第二注入口305的混合区间301的结构设计，有效进行两种试剂的混合与输送，而可用以进行血液凝固测试，且加入该混合区间301中的试剂可以是粉末状试剂或液体状试剂。因此，本发明血液凝固测试用生医晶片3用途极广，深具商业潜力，可应用在加护病房、急诊室或
手术室等需立即检测血液凝固机制的医疗环境，有助于提高医疗
质量，且也可适用于一般民众自行进行血液凝固测试。
[0037] 此外，上述亲水性基板层31、中间层32与上盖层33在使用过程中，会恒久保有亲水性特性，不会有传统经过亲水性表面修饰的晶片会返回斥水性的困扰。再加上以双面胶带或JSR、PMMA等亲水性光阻材料作为中间层32的设计，使得基板层31、中间层32与上盖层33可在较低温度环境下进行接合，方便进行制造。因此，确实可达到本发明的目的。
[0038] 以上所述，仅为本发明的优选实施例，当不能以此限定本发明的保护范围，即大凡依本发明
权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明
专利的保护范围内。
