生物檢測設備及生物晶片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種生物檢測設備及生物晶片，特別是涉及一種具有微電極點陣列的生物檢測設備及生物晶片。
【背景技術】
[0002]隨著人們的平均壽命逐年增加，對于疾病篩檢、醫療診斷或是老年照護，健康檢查的重要性也逐年攀升。現有的分析方法是將檢體使用離心機分離，取出待檢測部分，再通過加入不同的試劑反應物，依照其顯現的顏色或生成物的濃度等，來判斷檢體的狀況。因此，所需要的人力多，分析時間長，導致費用較高。
[0003]相較之下，生物晶片的發展，不僅可以達到快速、有效的分析，還可以在居家使用，減少人力成本，因而能廣泛普及。生物晶片中的實驗室晶片(Laboratory-on-a-chip, L0C),又稱為微型全分析系統(Micro total analytical system, μ TAS),是將原本在實驗室的操作過程微小化，整合至晶片。除了縮短整體的反應時間，提高效率外，實驗室晶片也大幅度縮小檢驗誤差。這種設計同時將醫學分析和電子系統整合，能節省時間、空間和人力資源，大幅度地降低成本，絕對是未來備受矚目的技術與產品。
[0004]現有的實驗室晶片大多是以玻璃片當作基板，以微機電(Micro-electro-mechanical system, MEMS)技術為基礎，配合半導體制程，在晶片上規劃出一整套復雜的微流道及控制微流道的閥件，并配合外部的加壓裝置與檢驗裝置，即完成一個完整處理及分析檢體的平臺。在此平臺上，能夠提供檢體的分離與純化、檢體與試劑的混合及結果的判斷。
[0005]然而，對于使用微流道及閥件控制的實驗室晶片來說，系統層面遭遇到許多問題:
[0006]1.由于異質整合的困難，使得實驗室晶片的控制元件與檢測元件必須外置。一般而言，外置的控制元件過多，會造成輸出入的電信號線數過多，因而限制實驗室晶片的使用面積。
[0007]2.大多數微流道是以外置泵(pump)加壓的方式，使微流道中的液體從高壓處流向低壓處。但因為微流道為密閉空間，當泵產生氣壓時，會使液滴四處流竄，而無法有效地驅動液滴，造成檢體的浪費，并降低分析上的靈敏度。
[0008]3.因為晶片上的微流道都已制式規劃完畢，所以針對不同實驗的分析，會需要不同微流道的實驗室晶片，因而導致人員需學習多種不同微流道的生物晶片的操作，使操作的復雜度提高，人員的訓練成本也增加，也造成產品開發成本增加。
[0009]4.用于控制微流道中的液體方式雖然有很多種，如壓力、溫度等，但目前不論是采用哪種控制方式，都沒有回讀的機制，而造成實驗上的誤差。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供一種輸出入信號數較少、有效驅動與感測檢體、并具有回讀機制的生物檢測設備及生物晶片。
[0011]本發明生物檢測設備，包含一生物晶片及一處理單元。
[0012]該生物晶片包括一微電極點陣列、一蓋體、一屏蔽層及N個菊鏈串接的控制單元。
[0013]該微電極點陣列包含N個微電極，N為整數且N > 1，該N個微電極彼此間隔地排列。
[0014]該蓋體設置于該微電極點陣列的上方，并接收一偏壓信號，且該蓋體包含一液滴空間，以容置液滴。
[0015]該屏蔽層設置于該微電極點陣列的下方，用于隔絕來自該蓋體的電磁干擾傳遞到該屏蔽層的下方。
[0016]該N個菊鏈串接的控制單元設置于該屏蔽層的下方，而不受到來自該蓋體的電磁干擾，每一控制單元位于所對應的微電極的下方，并各自電連接所對應的該微電極，以提供一微電極信號至所對應的該微電極，且每一控制單元接收一時鐘信號、一第一控制信號、一第二控制信號及一第三控制信號，并根據該時鐘信號及該第一控制信號選擇一輸入信號或一相關于該微電極信號的量測信號作為一輸出信號，該N個控制單元中的第一個控制單元所接收的輸入信號為一用于驅動該液滴的數據輸入信號，其余N-1個控制單元中的每一控制單元所接收的輸入信號分別來自前一控制單元的輸出信號。
[0017]每一控制單元還根據該第二控制信號、第三控制信號及該輸出信號來改變其所提供的微電極信號，利用不同控制單元間的微電極信號與該偏壓信號的壓差來驅動位于該蓋體的液滴空間的液滴。
[0018]該處理單元電連接該N個控制單元，并產生該數據輸入信號、該時鐘信號、該第一控制信號、該第二控制信號及該第三控制信號，且接收一數據輸出信號，該數據信號為來自該N個控制單元中的第N個控制單元的輸出信號，并根據該時鐘信號、該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號及該數據輸出信號，使該生物晶片操作于一感測模式，以感測該液滴的位置。
[0019]本發明的有益效果在于:將微電極點陣列的每一微電極下方的控制單兀，以菊鏈(daisy chain)又稱掃描鏈(scan chain)的方式串接，以達到較少輸出入信號、有效驅動與感測檢體、并具有回讀機制的生物檢測設備及生物晶片。
【附圖說明】
[0020]圖1是一俯視示意圖，說明本發明生物檢測設備的一較佳實施例；
[0021]圖2是一剖面示意圖，輔助圖1說明該較佳實施例；
[0022]圖3是一電路圖，說明該較佳實施例的控制單元；
[0023]圖4是一俯視示意圖，說明該較佳實施例中的液滴分布態樣；
[0024]圖5是一時序圖，說明該較佳實施例在一感測模式的信號關系；及
[0025]圖6是一時序圖，輔助圖5說明該較佳實施例。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。
[0027]參閱圖1與圖2，圖2是圖1中II的剖面示意圖，本發明生物檢測設備的較佳實施例包含一生物晶片I及一處理單兀2。該生物晶片I包括一微電極點陣列11、一蓋體12、一屏蔽層13、N個控制單元⑶I?CUN及一打線區(bonding area) 14, N為整數且N > I。
[0028]該微電極點陣列11包含N個微電極El?EN，該N個微電極El?EN彼此間隔地排列。在本實施例中，N = 900，每一微電極El?E900呈正方形，該900個微電極El?E900排列成30x30也呈正方形的微電極點陣列11，在其他實施例中，N個微電極也可排列成其他任意形狀，且每一微電極也可為六角形、其它多邊形、圓形或不規則形狀。
[0029]該蓋體12設置于該微電極點陣列11的上方，并包含一第一電介質層(dielectriclayer) 121、一間隔地設置于該第一電介質層121的上方的第二電介質層122、兩疏水層(hydrophobic layer) 127、一第三電介質層123及一液滴空間128。該第一電介質層121具有一第一表面124,該第二電介質層122具有位于相反兩側的一第二表面125及一第三表面126,該第一表面124及該第二表面125位于該第一電介質層121及該第二電介質層122之間。該兩疏水層127分別形成于該第一電介質層121的第一表面124與該第二電介質層122的第二表面125，該兩疏水層127之間為該液滴空間128，用于容置液滴(droplet) 7，也就是檢體。
[0030]在本實施例中，該第一電介質層121用于保護該微電極點陣列11，以避免氧化，且避免該微電極點陣列11與該液滴7接觸。該第二電介質層122的材質為玻璃，該第三電介質層123的材質為氧化銦錫(ITO)。該兩疏水層127的材質為鐵氟龍(Teflon)，使該兩疏水層127與位于該液滴空間128的液滴7之間的摩擦力較小，較易于驅動。
[0031]該屏蔽層13設置于該微電極點陣列11的下方，用于隔絕來自該蓋體12的電磁干擾傳遞到該屏蔽層13的下方。該屏蔽層13可接收一固定電壓，使其電壓電平保持于一固定電位，也可保持浮接(floating)狀態。
[0032]該900個控制單元⑶I?⑶900分別設置于該900個微電極El?E900的下方，且位于該屏蔽層13的下方，通過該屏蔽層13以隔絕來自該蓋體12的電磁干擾。該900個控制單元⑶I?⑶900分別電連接該900個微電極El?E900，且所述控制單元⑶2?⑶900分別電性連結其前一個控制單元⑶I?⑶899。每一控制單元⑶I?⑶900接收一輸入信號S1、一時鐘信號CLK、一第一控制信號Cl、一第二控制信號C2及一第三控制信號C3，并輸出一輸出信號so,且將一微電極信號輸出至對應的微電極El?E900。該控制單兀CUl所接收的輸入信號SI為一數據輸入信號，所述控制單元⑶2?⑶900的輸入信號SI分別是來自其前一個控制單元⑶I?⑶899的輸出信號S0，使所述控制單元⑶I?⑶900形成一菊鏈或稱一掃描鏈的方式串接。
[0033]參閱圖3，圖3是每一控制單元⑶I?⑶900的電路圖，每一控制單元⑶I?⑶900包含一第一多工器151、一 D型正反器152、一或非門(NOR gate) 153、一第二多工器154、一第三多工器155、一第一晶體管156、一第二晶體管157、一第三晶體管158、一第一反向器(NOT gate) 159、一第二反向器 160、一與