本实用新型关于一种增加生物物质的捕捉率的微流道芯片及微流道结构，尤指一种具有可以增加微流体样本在微流道芯片及微流道结构中的流体阻力的增阻区段的微流道芯片及微流道结构。
背景技术：
癌症常年为国民十大死因之榜首，生物学家及相关领域专家努力专研癌症致病机转，设法降低癌症之死亡率。根据统计，初期癌症治愈率高，但发展到三、四期，发生转移后，死亡率居高不下。研究发现，肿瘤刚生成时为器官局限性，但继续恶化最终会通过血液循环系统传播到远程器官，形成转移，这种远程转移是导致患者死亡的主要原因。从肿瘤原发部位脱落并进入血液循环系统的细胞称为循环肿瘤细胞(circulatingtumorcells，ctc)，研究显示ctc是导致肿瘤远程转移发生的必要前提，其颗数以及表面分子标记种类表现对于患者的早期筛检、愈后判断、疗效评估均有重要的指标作用。
ctc数量会依据肿瘤本身变化以及对治疗反应等而有实时的动态变化，因此藉由此特性可用于体外早期诊断、药物种类使用评估及个体化治疗等应用。然而，ctc为稀有细胞，每109个血细胞当中才可能有一个ctc，使在侦测及分离ctc时具有难度。因此，必须使用集中收集方法来有效侦测及分离ctc。
目前集中收集方法的一个实例为使用对ctc表面的高度表现的细胞表面生物标记─上皮细胞黏着分子(epithelialcelladhesionmolecule，epcam)的亲和性抗体来侦测及分离ctc。nagrath等人(nature2007,450:1235-9)开发基于抗epcam抗体涂布的微流体芯片，用于ctc的侦测及收集。然而，上述技术的缺陷为较低的侦测率与纯度，此归因于血细胞与nagrath等人所选的抗epcam抗体的非特异性结合与微流体芯片的设计。
尽管侦测及分离ctc的技术在进步，仍需要特异性更高且更有效的方法来侦测、纯化及释放ctc及其他生物物质用于进一步培育及特性描述。
因此，申请人有鉴于已知技术的缺陷，乃经悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终创作出本案「具有增阻区段的微流道芯片及微流道结构」，以改善上述已知技术的缺陷。
技术实现要素：
本实用新型是一种新型的微流体系统，包含微流道芯片及位于微流道芯片中且能抓取循环肿瘤细胞的珠体，以从血液细胞中分离循环肿瘤细胞。本实用新型的微流道结构及微流道芯片特别包括可以增加流体阻力的增阻区段，以增加微流体样本在微流道结构中的流体阻力，进而防止微流体样本回流至微流体样本入口及防止微流体样本进入至侦测区段时产生液体暴冲。
本实用新型的微流体系统的原理是利用循环肿瘤细胞表面抗原的特性与种植于珠体表面的抗体做抓取，该珠体结构导致单位体积中最大的接触面积，其次是微流道结构的流体阻力与曲型结构致使扰流产生，导致循环肿瘤细胞旋转或滚动并增加与珠体的接触机会来增强抓取效果，且藉由微流道结构的特殊设计，降低血液细胞与抗epcam抗体的非特异性结合。
本实用新型一方面提供一种微道芯片，包括：基板；本体，具有第一表面及第二表面，其中该第二表面密合覆盖于该基板上；以及微流道结构，嵌于该第二表面，使该微流道结构在该本体与该基板之间形成微流道，其中该微流道结构包括：血液样本入口，从该第一表面延伸至该第二表面，且具有直径，供血液样本进入；扩充区段，与该血液样本入口连接，具有第一宽度；增阻区段，与该扩充区段连接，具有第二宽度；以及侦测区段，与该增阻区段连接，其中该第二宽度小于该直径及第一宽度，以控制该血液样本进入该侦测区段的流量，避免在该侦测区段中产生气泡，以及使该血液样本进入该侦测区段后，防止该血液样本逆流回该扩充区段。
本实用新型另一方面提供一种微流道结构，包括结构本体，用以使微流体样本流经该微流道结构而受检验或处理，其中该结构本体包括：微流体样本入口，具有第一孔径，供该微流体样本进入；增阻区段，与该微流体样本入口连接，并具有第二孔径；以及侦测区段，与该增阻区段连接，且用以检验或处理该微流体样本，其中该第二孔径小于该第一孔径，以防止该微流体样本回流至该微流体样本入口。
本实用新型又一方面提供一种微流道结构，包括结构本体，用以使微流体样本流经该微流道结构而受检验或处理，其中该结构本体包括：微流体样本入口，具有第一孔径，供该微流体样本进入；增阻区段，与该微流体样本入口连接，并具有第二孔径；以及侦测区段，与该增阻区段连接，且用以检验或处理该微流体样本，其中该第二孔径小于该第一孔径，以防止该微流体样本进入至该侦测区段时产生液体暴冲。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征及优点能更明显易懂，以下举较佳的实施例，并配合所附图式，以作一详细说明。
附图说明
图1为本实用新型微流道芯片的俯视示意图；
图2为本实用新型沿图1中a-a’的纵剖面示意图；
图3为本实用新型微流道芯片的侦测区段中设置珠体的示意图；
图4(a)-4(b)为微流道芯片中无增阻区段时所造成结果的影像图；
图4(c)为本实用新型微流道芯片中具有增阻区段时所造成结果的影像图；
图5为本实用新型中另一实施例的微流道结构的示意图；
图6为无微流体系统的回收效率与侦测极限的结果图；
图7为本实用新型微流道芯片的回收效率与侦测极限的结果图；
图8(a)-8(c)为血液检体经由本实用新型的微流道芯片的分离结果影像图；
附图中，10为微流道芯片，100为基板，200为本体，210为第一表面，220为第二表面，300为微流道结构，310为血液样本入口，320为扩充区段，321为第一端，322为第二端，330为增阻区段，340为侦测区段，350为缓流区段，360为血液样本出口，40为珠体，50为微流道结构，500为结构本体，510为微流体样本入口，520为增阻区段，530为侦测区段，540为缓流区段，550为微流体样本出口，60为珠体。
具体实施方式
以下针对本案之「具有增阻区段的微流道芯片及微流道结构」的各实施例进行描述，请参考附图，但实际的配置及所实行的方法并不必须完全符合所描述的内容，本领域技术人员能在不脱离本案的实际精神及范围的情况下，做出种种变化及修改。
请参见图1、2及3，其为本实用新型的微流道芯片的俯视示意图及沿a-a’的纵剖面示意图。本实用新型的微流道芯片10包括基板100、本体200及微流道结构300。本体200具有第一表面210及与第一表面210相对设置的第二表面220，微流道结构300嵌于本体200的第二表面220，且第二表面220会密合的覆盖于基板100上，使微流道结构300在本体200与基板100之间形成微流道。
本实用新型的微流道芯片上载有珠体，珠体特别为大型珠体，其粒径为100-200μm，珠体表面涂布包含(1)释放或移除非特异性血细胞及其他血液组分(诸如蛋白质)的可释放组成；(2)捕捉生物物质的生物活性组成；或(3)连接至可释放组成及生物活性组成的连结分子。当微流体样本流经珠体，珠体可捕捉微流体样本中可与珠体表面的反应物质反应的生物物质，并可释放捕捉到的生物物质，以进行进一步的研究及检测。珠体的材料为透明塑料或透明树脂。生物物质包括ctc、ctc循环干细胞(例如肿瘤干细胞、肝脏干细胞及骨髓干细胞)、胎儿细胞、细菌、病毒、上皮细胞、内皮细胞或其他生物物质。因此，针对要抓取的对象不同，珠体表面涂布的物质也不同。
本实用新型的实施例是将循环肿瘤细胞由血液中分离。微流道芯片内部具有多个透明珠体，当珠体捕捉到循环肿瘤细胞后，会将循环肿瘤细胞从血液中分离并定位于侦测区段中，剩余的正常血液细胞将会从出口流出而流入废液储存槽。为了捕捉及分离血液中循环肿瘤细胞，珠体表面涂布的物质最佳为上皮细胞黏着分子(epithelialcelladhesionmolecule，epcam)的抗体。
本实用新型的微流道结构300从入口至出口依序包括血液样本入口310、扩充区段320、增阻区段330、侦测区段340、缓流区段350及血液样本出口360。
本实用新型血液样本入口310从本体200的第一表面210延伸至第二表面220，供血液样本进入流道中。血液样本入口310可为圆孔或多边形孔洞，较佳为圆孔。本实用新型血液样本入口310的直径介于0.8-1.2mm之间，可容纳18～21g针头(约0.7～0.9mm)的注射器。
本实用新型扩充区段320具有第一端321及第二端322，第一端321与血液样本入口310连接，第二端322与增阻区段330连接。扩充区段320的孔径可为圆形或多边形，较佳为方形。由于大量血液样本进入微流道芯片10时容易造成前端流速急快的情况，故为缓冲流速急快的血液样本，扩充区段320的宽度大于血液样本入口310的直径，以使单位流量(每秒通过的体积)相对较大，同时可防止血液样本因液压过大而导致的泄漏。本实用新型扩充区段320的宽度介于0.8-1.5mm之间，且深度为1mm。
本实用新型增阻区段330的一端与扩充区段320的第二端322连接，另一端与侦测区段340连接。增阻区段330的孔径可为圆形或多边形，较佳为方形，且增阻区段330的宽度会小于扩充区段320及血液样本入口310的宽度，并大于珠体的粒径，致使供珠体通过的同时可以增强流体阻力，具有防止血液样本爆冲及限制血液样本流量的功能，同时也具有防止因针头的抽插而造成的液体逆流的功能。本实用新型增阻区段330的宽度介于250μm之间，且深度为1mm。由于扩充区段320的宽度大于增阻区段330的宽度，故扩充区段320的第二端322的结构可从扩充区段320的宽度逐渐缩小成增阻区段330的宽度，即第二端322的宽度从0.8-1.5mm逐渐缩小成250μm。
本实用新型侦测区段340与增阻区段330连接，且设置有可吸附血液样本中循环肿瘤细胞的珠体40(如第3图所示)。侦测区段340的孔径可为圆形或多边形，较佳为方形。在本实用新型的实施例中，侦测区段340的孔径为方形。侦测区段340的宽度及深度为可让珠体40通过即可，故侦测区段340的宽度介于250μm-1.5mm之间，侦测区段340的深度介于120-250μm之间。
增阻区段330的设置可以使流体阻力增强，防止血液样本暴冲至侦测区段340，并限制流体流量的功能，同时可防止因为针头的抽插导致血液样本从侦测区段340逆流回扩充区段320的功能。请参阅图4(a)及4(b)，若微流道芯片10的前端无增阻区段330，会使后端侦测区段340中的珠体40因血液样本的暴冲所导致的散乱及产生气泡，造成珠体40无法抓取循环肿瘤细胞。请参阅图4(c)，当微流道芯片10的前端有增阻区段330，可以使侦测区段340中无气泡产生且珠体40将不会被抽回，因此能抓取循环肿瘤细胞，如图4(c)中的箭头处即为珠体40抓取到的循环肿瘤细胞。
本实用新型的缓流区段350的一端与侦测区段340连接，另一端与血液样本出口360连接。缓流区段350的孔径可为圆形或多边形，较佳为方形。在本实用新型的实施例中，缓流区段350的宽度介于150-250μm，深度介于50-100μm。
本实用新型血液样本出口360的一端与缓流区段350连接，另一端从本体200的第二表面220延伸至第一表面210。未被珠体40抓取的血液细胞会经由血液样本出口360流至废液的回收区(图未示出)。血液样本出口360可为圆孔或方孔，较佳为圆孔，且其直径介于0.8-1.2mm之间。
表1为本实用新型的珠体40粒径及微流道结构300中各区段孔径的较佳实施例。
表1
本实用新型的基板100的材料可以是压克力(polymethylmethacrylate，pmma)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚碳酸脂(polycarbonate，pc)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsilicon，pdms)、硅胶、橡胶、塑料或玻璃。本体200的材料可以是压克力(polymethylmethacrylate，pmma)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚碳酸脂(polycarbonate，pc)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsilicon，pdms)、硅胶、橡胶或塑料。在选用基板100与本体200的材料时，必需考虑到基板100与本体200两者之间的材料特性。在本实用新型的实施例中，基板100为玻璃，本体200为聚二甲基硅氧烷。
本实用新型的还提供一种微流道结构50的另一实施例，如图5所示。微流道结构50载有珠体60且具有结构本体500，结构本体500从入口至出口依序包括微流体样本入口510、增阻区段520、侦测区段530、缓流区段540及微流体样本出口550，其中珠体60位于侦测区段530中，且增阻区段520的孔径小于侦测区段530的孔径，以增加微流体样本在微流道结构50中的流体阻力。当微流体样本从微流体样本入口510进入后，可直接经由增阻区段520进入侦测区段530，经过侦测区段530中的珠体60抓取微流体样本中的生物物质，以进行微流体样本的检验或处理后，再进入缓流区段540，最后从微流体样本出口550流出微流道结构50。
本实用新型的微流道芯片的制备方法是先利用3d打印机印制母模，母模为光固化树酯经过95％酒精冲洗，uv光固化2分钟后，再次以酒精冲洗后放置烘箱烘烤10分钟。利用食品级材料pdms液状体依比例倒入母模中经过50分钟80度之固化步骤后，利用氧电浆机与玻璃基板接合。
实验例
培养的循环肿瘤细胞珠放入生理实验水缓冲液后以大型珠体抓取循环肿瘤细胞的研究
1.大型珠体(直径200微米)于无微流体系统的回收效率与侦测极限
分别将10个、1000个及10万个循环肿瘤细胞与珠体及1ml生理食盐水缓冲液(模拟血液环境)放入离心管中，并将循环肿瘤细胞及珠体于生理食盐水缓冲液充分混合均匀后，观察珠体的抓取效率。根据图6，实验结果显示只有放入10万个循环肿瘤细胞之实验组中，珠体有抓到1.5％细胞(约为1500个)，然而放入10个与1000个循环肿瘤细胞之实验组中，珠体未抓取任何循环肿瘤细胞，表示小于1000个循环肿瘤细胞之血液环境，珠体无法抓取到任何循环肿瘤细胞。
2.大型珠体(直径200微米)于本实用新型的微流道芯片的回收效率与侦测极限
分别将10个、50个、100个、500个及1000个循环肿瘤细胞与1ml生理食盐水缓冲液混合，将混合后的液体样本流经本实用新型的微流道芯片中的珠体，并观察珠体的抓取效率。根据图7，实验结果表示利用本实用新型的微流道芯片，液体样本中含有50个以上的循环肿瘤细胞就可抓取，相较于无微流体系统处理的结果(需10万个细胞才能抓取到，如图7所示)，侦测极限明显缩小2000倍，且利用本实用新型的微流道芯片的回收效率平均高于5％，比无微流体系统的回收效率高约3倍。
当人体体内血液中的循环肿瘤细胞平均每10ml中约有50个以上时，表示该人罹癌的风险性很高。因此，本实验证明只有大型珠体(直径200微米)无法区分人体罹癌的风险性，然而大型珠体搭配本实用新型的微流道芯片可有效且精准的抓取血液中的循环肿瘤细胞，可以更快的判断出是否罹癌。
请参阅图8(a)-8(c)，其为实际将癌症病人的血液检体染色后，经由本实用新型的微流道芯片的分离结果。图8(a)的方框处为循环肿瘤细胞被抓取于透明珠体上，图8(b)的箭头处为白血球被透明珠体错误抓取，图8(c)为将图8(a)及图8(b)合成后得到所有抓取的细胞位置。本实验证明癌症二期的病人于本实用新型微流道芯片中展现的结果，该结果显示约抓取到13个循环肿瘤细胞，且仅有3个白血球细胞被抓取(由于人体1ml血液中的白血球数量约为106～107个之间，依照严谨定义，以106个白血球细胞来推估，即一百万个白血球细胞仅抓取到3个白血球细胞，远低于现行经过fdaproof的cellsearch仪器的抓错率(106个白血球细胞抓到约3000～4000个))。此外，本实验结果从取得血液样本至影像结果显示仅需30分钟，相较于以往经过前处理、循环肿瘤细胞分离至影像结果读取需6～9小时，时间上缩短很多。因此，利用本实用新型的微流道芯片可以有效的抓取到血液中微量的循环肿瘤细胞，具有很低的抓错率，且仅需30分钟即可得到结果，故本实用新型的微流道芯片可以作为初步检测是否具有癌症的快筛生物芯片。
其他实施例
1.一种微流道芯片，包括：基板；本体，具有第一表面及第二表面，其中该第二表面密合覆盖于该基板上；以及微流道结构，嵌于该第二表面，使该微流道结构在该本体与该基板之间形成微流道，其中该微流道结构包括：血液样本入口，从该第一表面延伸至该第二表面，且具有直径，供血液样本进入；扩充区段，与该血液样本入口连接，具有第一宽度；增阻区段，与该扩充区段连接，具有第二宽度；以及侦测区段，与该增阻区段连接，其中该第二宽度小于该直径及第一宽度，以控制该血液样本进入该侦测区段的流量，避免在该侦测区段中产生气泡，以及使该血液样本进入该侦测区段后，防止该血液样本逆流回该扩充区段。
2.如实施例1所述的微流道芯片，其中该扩充区段的该第一宽度大于或等于该血液样本入口的该直径，以使该血液样本快速进入该扩充区段。
3.如实施例1所述的微流道芯片，其中该直径为0.8-1.2mm，该第一宽度为0.8-1.5mm以及该第二宽度为250μm。
4.如实施例1所述的微流道芯片，其中该扩充区段包括第一端及第二端，该第一端与该血液样本入口连接，该第二端与该增阻区段连接，且该第二端的宽度从该第一宽度逐渐缩小成该第二宽度。
5.如实施例1所述的微流道芯片，其中该侦测区段具有第三宽度，且该第三宽度为250μm-1.5mm。
6.如实施例1所述的微流道芯片，其中该扩充区段及该增阻区段的深度为1mm，且该侦测区段的深度为120-250μm。
7.如实施例1所述的微流道芯片，其中该基板的材料为压克力(polymethylmethacrylate，pmma)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚碳酸脂(polycarbonate，pc)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsilicon，pdms)、硅胶、橡胶、塑料或玻璃，且该本体的材料为压克力(polymethylmethacrylate，pmma)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，pet)、聚碳酸脂(polycarbonate，pc)、聚二甲基硅氧烷(polydimethylsilicon，pdms)、硅胶、橡胶或塑料。
8.如实施例1所述的微流道芯片，其中该第一表面与该第二表面相对设置。
9.一种微流道结构，包括结构本体，用以使微流体样本流经该微流道结构而受检验或处理，其中该结构本体包括：微流体样本入口，具有第一孔径，供该微流体样本进入；增阻区段，与该微流体样本入口连接，并具有第二孔径；以及侦测区段，与该增阻区段连接，且用以检验或处理该微流体样本，其中该第二孔径小于该第一孔径，以防止该微流体样本回流至该微流体样本入口。
10.一种微流道结构，包括结构本体，用以使微流体样本流经该微流道结构而受检验或处理，其中该结构本体包括：微流体样本入口，具有第一孔径，供该微流体样本进入；增阻区段，与该微流体样本入口连接，并具有第二孔径；以及侦测区段，与该增阻区段连接，且用以检验或处理该微流体样本，其中该第二孔径小于该第一孔径，以防止该微流体样本进入至该侦测区段时产生液体暴冲。
11.如实施例9或10所述的微流道结构，其中该扩充区段具有第三孔径，该侦测区段具有第四孔径，且该第一孔径为具有直径的圆孔，其中：该直径为0.8-1.2mm；该第二孔径的宽度为250μm，深度为1mm；该第三孔径的宽度为0.8-1.5mm，深度为1mm；以及该第四孔径的宽度为250μm-1.5mm，深度为120-250μm。
12.如实施例11所述的微流道结构，其中该微流体样本为体液或菌液。
综上所述，本新型确能以新颖的概念，藉由使本实用新型的微流道芯片与大型珠体的搭配，可以有效的抓取血液中微量的循环肿瘤细胞，并降低抓错率，以早期判断癌症的发生。此外，本实用新型的微流道芯片具有增加流体阻力的增阻区段，可以有效的防止微流体样本暴冲至侦测区段，亦可防止微流体样本因针筒的抽出而回流。因此本领域技术人员在不脱离本案的实际精神及范围的情况下做出的种种变化及修改，都不脱离本专利申请的保护范围。
1.一种微流道芯片，其特征在于，所述微流道芯片包括：
基板；
本体，具有第一表面及第二表面，其中该第二表面密合覆盖于该基板上；以及
微流道结构，嵌于该第二表面，使该微流道结构在该本体与该基板之间形成微流道，其中该微流道结构包括：
血液样本入口，从该第一表面延伸至该第二表面，且具有直径，供血液样本进入；
扩充区段，与该血液样本入口连接，具有第一宽度；
增阻区段，与该扩充区段连接，具有第二宽度；以及
侦测区段，与该增阻区段连接，其中该第二宽度小于该直径及第一宽度，以控制该血液样本进入该侦测区段的流量，避免在该侦测区段中产生气泡，以及使该血液样本进入该侦测区段后，防止该血液样本逆流回该扩充区段。
2.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该扩充区段的该第一宽度大于或等于该血液样本入口的该直径，以使该血液样本快速进入该扩充区段。
3.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该直径为0.8-1.2mm，该第一宽度为0.8-1.5mm以及该第二宽度为250μm。
4.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该扩充区段包括第一端及第二端，该第一端与该血液样本入口连接，该第二端与该增阻区段连接，且该第二端的宽度从该第一宽度逐渐缩小成该第二宽度。
5.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该侦测区段具有第三宽度，且该第三宽度为250μm-1.5mm。
6.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该扩充区段及该增阻区段的深度为1mm，且该侦测区段的深度为120-250μm。
7.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该基板的材料为压克力、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸脂、聚二甲基硅氧烷、硅胶、橡胶、塑料或玻璃，且该本体的材料为压克力、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸脂、聚二甲基硅氧烷、硅胶、橡胶或塑料。
8.如权利要求1所述的微流道芯片，其中该第一表面与该第二表面相对设置。
9.一种微流道结构，其特征在于，所述微流道结构包括结构本体，用以使微流体样本流经该微流道结构而受检验或处理，其中该结构本体包括：
微流体样本入口，具有第一孔径，供该微流体样本进入；
增阻区段，与该微流体样本入口连接，并具有第二孔径；以及
侦测区段，与该增阻区段连接，且用以检验或处理该微流体样本，其中该第二孔径小于该第一孔径，以防止该微流体样本回流至该微流体样本入口。
10.一种微流道结构，其特征在于，所述微流道结构包括结构本体，用以使微流体样本流经该微流道结构而受检验或处理，其中该结构本体包括：
微流体样本入口，具有第一孔径，供该微流体样本进入；
增阻区段，与该微流体样本入口连接，并具有第二孔径；以及
侦测区段，与该增阻区段连接，且用以检验或处理该微流体样本，其中该第二孔径小于该第一孔径，以防止该微流体样本进入至该侦测区段时产生液体暴冲。
11.如权利要求9或10所述的微流道结构，其中该扩充区段具有第三孔径，该侦测区段具有第四孔径，且该第一孔径为具有直径的圆孔，其中：
该直径为0.8-1.2mm；
该第二孔径的宽度为250μm，深度为1mm；
该第三孔径的宽度为0.8-1.5mm，深度为1mm；以及
该第四孔径的宽度为250μm-1.5mm，深度为120-250μm。
12.如权利要求11所述的微流道结构，其中该微流体样本为体液或菌液。
技术总结