TWI841195B - 生物晶片之製造方法及其產物，以及應用其的檢測方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種生物晶片之製造方法，包含製造基板；在基板上生成貫穿基板的複數個觀測孔；圍繞各複數個觀測孔設置複數個固定件於該基板的底面；將複數個反應片分別對應於複數個觀測孔設置在底面的一側；以及藉由複數個固定件固定複數個反應片。同時，本發明還提供藉由前述方法製成的生物晶片以及應用該生物晶片的樣本檢測方法。

Description

生物晶片之製造方法及其產物，以及應用其的檢測方法

本揭露係關於一種生物晶片的製造方法。具體而言，關於一種將複數種反應片設置於基板，並以基板上的固定件固定反應片的生物晶片製造方法。

生物晶片係起源於20世紀80年代，當各種電子產業將產物微小化的同時，生命科學及生物資訊等相關產業也意識到將生物化學分析微小化所能帶來的進步。

廣義來說，生物晶片係指運用分子生物學、分析化學、生化反應等原理，將用於分析樣本的反應元件微小化固定在玻璃、矽或塑膠等製成的基材上形成生物晶片。其分析的對象可為基因、蛋白質、細胞組織等等。透過將反應元件微小化，可以提升分析結果的準確度、分析速度以及整體性，且所需的樣品及試劑量均遠小於傳統分析方法。

具體而言，生物晶片可分為兩大類，分別是在晶片的小面積上種植高密度生物探針的微陣列晶片，以及在晶片上處理生物樣品、進行反應分析的微處理型晶片。其中，微陣列晶片的製作方法係分為：（1）原位合成法，即直接合成在載體上；以及（2）佈放法，即將事先合成的探針佈放於載體上。原位合成法適用於生產高密度的DNA晶片，但其價格高且效率有限，應用範圍較為受限。相較於此，佈放法的成本較為低廉，應用範圍也較廣，適合學術單位或一般企業使用。

然而，當前應用的生物晶片密度較高，製造難度及製造成本也較高，較難以普及應用。此外，其保存、使用及判讀也都需要特殊儀器，因此需要一種能夠提升分析結果的準確度、分析速度以及整體性，所需的樣品及試劑量小於傳統分析方式，兼顧低成本的生物晶片及其製造方法。

為達成上述目的，本發明係提供一種生物晶片的製造方法，包含：製造一基板；在該基板上生成貫穿該基板的複數個觀測孔；圍繞各該複數個觀測孔設置複數個固定件於該基板的一底面；將複數個反應片分別對應於該複數個觀測孔設置在該底面的一側；以及藉由該複數個固定件固定該複數個反應片。

較佳地，進一步包含使該複數個固定件產生形變以固定該複數個反應片。

較佳地，該形變係透過加熱融化該複數個固定件進行。

較佳地，其進一步包含在一反應母片上設置反應元件，並將該反應母片切割為複數個反應片。

較佳地，各該反應片包含兩種以上的反應元件。

較佳地，各該反應片的中心間的最小距離為1至10mm。

較佳地，該固定件為L型柱狀、圓柱體、多角柱體、圓錐體、圓柱體、球體、多面體、環形或其組合。

為了達成本發明的另一目的，係提供一種生物晶片，其係以前述之生物晶片的製造方法製造。

較佳地，各該觀測孔被對應的至少一個該固定件環繞。

較佳地，該基板以矽、玻璃、高分子材料或陶瓷製成。

較佳地，該固定件係以塑膠、矽膠或橡膠製成。

為達成本發明又一目的，係提供一種使用前述之生物晶片檢測樣本的方法，包含：將一樣本經觀測孔分別加至反應片；以及從該觀測孔觀測結果。

藉由上述技術特徵，本發明所提供的生物晶片製造方法可以製造成本低廉且製造方法簡單的生物晶片。此外，透過事先分切的反應片及固定件，可以在單個基板上排列不同種類的反應片，基於不同需求而可有不同的反應元件組合，藉此進一步節省製造成本及生物晶片的使用彈性。

以下係參照相關圖式以詳細描述實施例。然而，該些實施例可用不同型態來實現，但這並非實施或運用本案所請發明之具體實施例的唯一形式，故不應理解成對上述實施例之限制。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。相反的，提供該些實施例係讓本說明書可徹底且完整揭露，以充分地向本發明所屬技術領域中具有通常知識者完全表達本案所請發明之精神。圖式中相似的元件符號係指相似的元件。在以下的敘述中，將不會詳細描述習知的功能或結構，以不贅述實施例中不必要的細節。

除非另有定義，本文所用之所有技術用詞與術語均與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的意義相同。在發生衝突的情況下，以包括定義在內之本說明書為準。

在不和上下文衝突的情形下，本說明書所用的單數名詞涵蓋該名詞的複數型；而所用的複數名詞時亦涵蓋該名詞的單數型。此外，在本說明書與申請專利範圍中，「至少一」與「一或更多」等表述方式的意義相同，兩者都代表包含了一、二、三或更多。

雖然用以界定本案所請發明較廣範圍的數值範圍與參數皆是約略的數值，此處已盡可能精確地呈現具體實施例中的相關數值。然而，任何數值本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差。在此處，「約」通常係指實際數值在一特定數值或範圍的正負10%、5%、1%或0.5%之內。或者是，「約」一詞代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內，視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定。除了實施例之外，或除非另有明確的說明，當可理解本文中所用的所有範圍、數量、數值與百分比（例如用以描述材料用量、時間長短、溫度、操作條件、數量比例及其他相似者）均經過「約」的修飾。因此，除非另有相反的說明，本說明書與申請專利範圍所揭示的數值參數皆為約略的數值，且可視需求而更動。至少應將這些數值參數理解為所指出的有效位數與套用一般進位法所得到的數值。在此處，將數值範圍表示成由一端點至另一段點或介於二端點之間；除非另有說明，此處所述的數值範圍皆包含端點。

首先請參考圖1，圖1係為依據本發明實施例的生物晶片製造方法的流程圖。

依據本發明的一實施例，係提供一種生物晶片製造方法，包含： S1：製造一基板的步驟， S2：在該基板上生成貫穿該基板的複數個觀測孔的步驟， S3：圍繞各該複數個觀測孔設置複數個固定件於該基板的一底面的步驟， S4：將複數個反應片分別對應於該複數個觀測孔設置在該底面的一側的步驟，以及 S5：藉由該複數個固定件固定該複數個反應片的步驟。

依據本發明的另一實施例，在將複數個反應片設置於基板的底面後，進一步包含將固定件融化，以使反應片更穩固的固定在基板底面的步驟。將固定件融化的方法包含但不限於加熱，任何可使固定件產生型變，避免反應片脫落的方法均可使用。具體而言，例如可將金屬片加熱後平壓固定件將其燙平。依據本發明的另一實施態樣，亦可在將反應片設置於基板底面後，進一步以樹脂或膠合進行固定，增加反應片的牢固性或密封性。

依據本發明的一實施例，生物晶片的製造方法可進一步包含將反應元件（如生物探針）設置在反應母片上，並將其切割為複數個反應片的步驟。反應母片的材質可為紙或塑膠，較佳地為塑膠，其具有彈性而易於設置。設置反應元件於反應母片的方法可包含光罩式、針點式、噴墨式以及壓電式，依需求不同可以採用合適的方式設置反應元件。切割反應母片的方式可以包含模型刀具切割或雷射切割等，依所需求的生物探針類型不同而可進行調整。

依據本發明的一實施例，反應片可為圓形、方型、長方形或六邊形，依據需求可以任意調整，較佳地為圓形。依據本發明的一實施例，反應片可為直徑1至3mm的圓形，較佳地可為直徑1.5mm的圓形。依據本發明的另一實施例，反應片可為邊長1至3mm的正方形，較佳地可為邊長1.5mm的正方形。

依據本發明的一實施例，固定件可為L型柱狀、圓柱體、多角柱體、圓錐體、圓柱體、球體、多面體、環形或其組合。較佳地，固定件可為圓錐體。依據本發明的另一實施例，固定件與基板底面接觸處可為圓柱、多角柱體，不與基板接觸處可為球體、多面體的態樣。

依據本發明的一實施例，反應元件可為蛋白質探針，如抗原、抗體或核酸探針，如DNA探針或RNA探針，不以此為限。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可根據所屬技術領域的通常知識設置所需或所欲使用的反應元件。透過於單一生物晶片上設置不同的反應元件（反應片），即可將同一或多個樣本不同階段的測試整合於同一生物晶片上，讓使用者更便於自訂單一生物晶片上所欲進行的反應並觀察結果。

藉由上述生物晶片的製造方法可以製得生物晶片。依據本發明的一實施例，生物晶片上的觀測孔的周圍可被至少一個固定件環繞，較佳地，可被4個固定件環繞。另一方面，生物晶片的基板可由矽、玻璃、高分子材料或陶瓷製成，較佳地為高分子材料製成，例如塑膠。依據本發明的一實施例，固定件可由塑膠、矽膠或橡膠製成，具體而言，易於成型且能設置於基板上的材料均可適用於固定件，較佳地為塑膠。依據本發明的另一實施例，係在反應片設置於固定件後，使固定件產生形變以進一步固定反應片，例如加熱融化該固定件使其產生形變，或透過擠壓產生形變。

依據本發明的一實施例，係提供使用前述方法製造的生物晶片檢測樣本的方法，包含將樣本從設置有固定件的底面的相對側滴入觀測孔，以使樣本與反應片接觸進行反應，並透過肉眼或儀器從該觀測孔觀測結果。

以下依據具體實施例及圖式來詳細說明本發明所提供的生物晶片製造方法、生物晶片以及樣本檢測方法。

請參考圖2至圖6。圖2係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中所用的基板的示意圖。圖3係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中的基板上生成觀測孔的示意圖。圖4係為依據本發明第一實施例的包含圓錐形固定件的生物晶片的斜視圖。圖5係為依據圖4的基板的沿切線A-A’的剖面的側視示意圖。圖6係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中的基板上設置反應片的剖面的側視示意圖。圖7係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中將固定件融化以進一步固定反應片的示意圖。

依據本發明的第一實施例，包含準備如圖2所示的基板1。在此實施例中，基板1係使用塑膠形成。接著如圖3所示，在基板1上形成穿過基板1的複數個觀測孔2。在此實施例中，觀測孔2的孔徑為1.1mm，相鄰兩個觀測孔之間的距離為1.54mm。

請參考圖4，圖4的下方為基板1的正面，上方為基板1的底面。在第一實施例中，在基板1的底面側形成圓錐狀的複數個固定件3，固定件3係以塑膠製成。另外，由於滴入樣本時會從生物晶片的正面添加，觀測孔2的剖面設置為如圖4所示的上窄下寬以易於樣本添加。另一方面，此設置可以避免佈放反應片4時反應片4落入觀測孔2中。在此實施例中，觀測孔2的內直徑（底面側）為1.1mm，外直徑（正面側）為1.2mm，同一行或同一列的觀測孔2中心距離為1.54mm，同一行或同一列的圓錐形固定件3中心距離為1.54mm。設置圓錐形固定件3的基板1如圖5所示。

接著，請參考圖6，於基板1的底面設置反應片4，在此實施例中，反應片4為直徑1.4mm的圓形切片，其材料為塑膠片，上方設置的反應元件為蛋白質探針。在設置完反應片4之後，將塑膠製的圓錐形固定件3的尖端以熨斗融化壓平產生固定部5如圖7所示，使反應片4的位置固定在四個圓錐形固定件3之間，以及固定部5與基板1之間。

以下參考圖8至圖10說明本案第二實施例。圖8係為依據本發明第二實施例的包含蘑菇形固定件的生物晶片的斜視圖。圖9係為依據圖8的基板的沿切線B-B’的剖面的側視示意圖。圖10係為依據本發明第二實施例的生物晶片製造方法中的基板上設置反應片的剖面的側視示意圖。

本案第二實施例的生物晶片製造方法與第一實施例相同處不再贅述，差異處在於固定件3a為如圖8、圖9所示的蘑菇形。藉由蘑菇形固定件3a的形狀，可使反應片4更容易塞入其間並且可以固定於其中。在第二實施例中，反應片4係採用略帶彈性的塑膠片作為材料。設置反應片4後的生物晶片如圖10所示。

在本發明的第三實施例中，基板、觀測孔及固定件的結構如第一實施例及第二實施例所示。不同的是，第三實施例中係以噴墨法將生物探針設置於紙製成的反應母片上，接著透過雷射切割將反應母片切為直徑1.4mm的圓形，得到反應片4。接著，透過佈放機吸附未設置生物探針的反應片4的背面，並將反應片設置在固定件3、3a之間固定。此時，可以依照實驗需求在同一生物晶片上設置不同種類的反應片4，以達到節省成本的效果。依據本發明的一實施態樣，固定件3被壓平產生固定部5後係彼此密合，使反應片4密封於固定部5與基板1之間。此時，透過觀測孔2觀察結果時，可透過從基板1正面的外部光源輔助觀察結果。根據本發明的另一實施態樣，固定件3被壓平產生固定部5後彼此不密合，在透過觀測孔2觀察結果時，可透過基板1底面施加光源輔助觀察。

依據本發明的第四實施例，係提供一種使用前述製得之生物晶片進行檢測樣本的方法。本實施例中，將前述實施例所製得的生物晶片正面朝上，並以人工或自動化的方式將樣本施加至生物晶片。在樣本與生物探針反應後，以肉眼或機器進行判讀結果。

藉由上述技術特徵，本發明的生物晶片製造方法可以透過簡單的固定件固定反應片，且製造時可透過吸附反應片的背面進行設置（佈放），避免傳統製程中吸附正面可能造成的生物探針損壞。所製得的生物晶片成本低廉，可依據需求設置具有不同反應元件的反應片，繼而進一步節省成本，例如，可以準備2種或3種以上具有不同生物探針（及反應元件）的反應片，將其放在同一片生物晶片上。而在使用本發明所揭示的生物晶片的檢測方法中，實驗流程易於操作且結果判讀容易，比習知的檢測方法更易於使用。此外，由於本案生物晶片尺寸適中，可以依需求僅使用部分反應片，亦可節省成本。

以上所述僅為示例性，而非為限制性。任何未脫離本發明的精神與範疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含於申請專利範圍所界定的範圍中。

1:基板

2:觀測孔

3, 3a:固定件

4:反應片

5:固定部

S1~S5:步驟

在以下的詳細描述中，為了解釋本發明，提供了許多具體細節，以便能徹底理解所揭露的實施方式。然而，顯而易見的是，一個或多個的實施方式可以在沒有所述具體細節的情況下實現。在其它情況中，為了簡化附圖，習知的結構和流程將以示意性的方式顯示。

圖1係為依據本發明實施例的生物晶片製造方法的流程圖。

圖2係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中所用的基板的示意圖。

圖3係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中的基板上生成觀測孔的示意圖。

圖4係為依據本發明第一實施例的包含圓錐形固定件的生物晶片的斜視圖。

圖5係為依據圖4的基板的沿切線A-A’的剖面的側視示意圖。

圖6係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中的基板上設置反應片的剖面的側視示意圖。

圖7係為依據本發明第一實施例的生物晶片製造方法中將固定件融化以進一步固定反應片的示意圖。

圖8係為依據本發明第二實施例的包含蘑菇形固定件的生物晶片的斜視圖。

圖9係為依據圖8的基板的沿切線B-B’的剖面的側視示意圖。

圖10係為依據本發明第二實施例的生物晶片製造方法中的基板上設置反應片的剖面的側視示意圖。

S1~S5:步驟

Claims (10)

1. 一種生物晶片的製造方法，包含：製造一基板；在該基板上生成貫穿該基板的複數個觀測孔；圍繞各該複數個觀測孔設置複數個固定件於該基板的一底面；將複數個反應片分別對應於該複數個觀測孔設置在該底面的一側；以及藉由使該複數個固定件產生形變以分別固定該複數個反應片；其中該形變係透過加熱融化該複數個固定件進行。
2. 如請求項1所述之製造方法，進一步包含在一反應母片上設置反應元件，並將該反應母片切割為複數個反應片。
3. 如請求項1所述之製造方法，其中設置於該底面的各該反應片包含不同的反應元件。
4. 如請求項3所述之製造方法，其中各該反應片的中心間的最小距離為1至10mm。
5. 如請求項1所述之製造方法，其中該固定件為L型柱狀、圓柱體、多角柱體、圓錐體、圓柱體、球體、多面體、環形或其組合。
6. 一種生物晶片，係以如請求項1至5中任一項所述之生物晶片的製造方法製造。
7. 如請求項6所述之生物晶片，其中各該觀測孔被對應的至少一個該固定件環繞。
8. 如請求項6所述之生物晶片，其中該基板以矽、玻璃、高分子材料或陶瓷製成。
9. 如請求項6所述之生物晶片，其中該固定件係以塑膠、矽膠或橡膠製成。
10. 一種使用如請求項6至9中任一項所述之生物晶片檢測樣本的方法，包含：將一樣本經一觀測孔加至一反應片；以及從該觀測孔觀測結果。

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