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TWI710767B - 準定量感測系統及方法 - Google Patents

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TWI710767B
TWI710767B TW107147522A TW107147522A TWI710767B TW I710767 B TWI710767 B TW I710767B TW 107147522 A TW107147522 A TW 107147522A TW 107147522 A TW107147522 A TW 107147522A TW I710767 B TWI710767 B TW I710767B
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劉思恒
黃意琪
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台灣嘉碩科技股份有限公司
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Abstract

本發明揭露一種準定量感測系統及方法。準定量裝置的載體上設置複數短程有序單元以及由複數短程有序單元形成一陣列的長程有序單元。短程有序單元上設置可改變載體濕潤特性進而控制滯留液體體積的突起，以計算準確定量之液體樣品或液珠體積。藉由施加力量於長程有序單元及載體表面的親水-疏水表面的梯度變化而去除多餘的液體樣品體積。突起上設置的抗體或補體等分子與液體樣本或液珠中的特定分子結合，進而確認液體樣本或液珠中特定分子的特性。因此，本發明可在開放空間的晶片裝置上達成液體的準定量及特定分子的分析。

Description

準定量感測系統及方法
本發明關於一種感測系統及方法，尤其是關於一種準定量感測系統及方法。
目前市面上已存有以微量分析的生物化學反應搭配微機電系統的產品及服務，其通常是使用少量的試劑及樣品，利用樣品中特定分子與試劑的特異性及靈敏度，而獲得與背景值訊號相較有差異的訊號，並透過微機電系統的光學及電磁學方法偵測訊號，最終得到樣品體積、樣品中特定分子的濃度等參數。這些參數再提供給使用者或是醫療專業人員。
現有技術的晶片大多被設計為具有封閉空腔的反應區，以固定反應體積。然而，封閉空腔的反應區將使得生物化學反應進行時難以進行清洗步驟以及去除非反應性分子的訊號。因此，此晶片僅能用於簡單的單一步驟反應。若是欲在此晶片上進行多步驟反應，則需使用精準的定量工具，限制了該晶片的功效及利用多變性。
本案申請人鑑於習知技術中的不足，經過悉心試驗與研究，並一本鍥而不捨的精神，終構思出本案，能夠克服先前技術的不足，以下為本案的簡要說明。
為了克服先前技術的問題，本發明提供一種具有微結構表面的晶片、裝置或系統，無須設置流道或是覆蓋蓋體使之成為封閉流道，即 可分佈反應流體。本發明利用黃光微影製程技術，設計不同規格的短程有序單元及長程有序單元，而達成調整反應流體的體積之目的。此外，在微結構上接上抗體或補體等分子，而與反應流體中的特定分子結合，以量測特定分子的數據。在本發明中，僅需使用微量試劑、微量樣品或反應流體(待分析物)，即可應用於例如生物感測器、生物晶片或高通量篩選平台。
因此，本發明揭露一種定量液體樣品的待反應體積的裝置，該裝置包括載體、複數訊號檢測單元及處理器。載體包含一表面以及在表面上的複數短程有序單元，其中各該短程有序單元具有第一面積以及分佈於第一面積上的複數突起，複數突起中的至少一突起用以接觸具特定體積的液珠，而液珠源自於液體樣品。複數訊號檢測單元用以檢測液珠的參數。處理器則耦接複數訊號檢測單元，用以利用參數及依據式I將所有的特定體積加總為待反應體積：
Figure 107147522-A0101-12-0002-1
 其中V為待反應體積的總和，Vi為各該短程有序單元的特定體積，θ為液珠與表面的接觸角，a為液珠佔據第一面積中的面積，且n為複數短程有序單元的數目。
在某些具體實施例中，在各該短程有序單元之間的表面為疏水表面，複數短程有序單元在表面上排列成一陣列而形成長程有序單元，長程有序單元之第一端至長程有序單元之第二端之路徑形成親水能力之梯度變化。
在某些具體實施例中，液珠在載體上受一力量的驅動，在長程有序單元上從具有弱親水能力之第一端通過疏水表面而移動至具強親水能力之第二端，從而去除液珠中多餘的體積。在某些具體實施例中，該裝置更包括入口及出口，入口及出口可設置於載體的同一側或相異側，亦即，入口設置於載體上之第一側或第二側，且出口設置於載體上之第一側或第 二側。在某些具體實施例中，複數第一分子被配置於複數突起上，用以與液珠中的複數第二分子耦接，訊號檢測單元更用以檢測複數第一分子與複數第二分子耦接的訊號，處理器更用以由該訊號計算液體樣品中複數第二分子的參數，且該第二分子的參數包括但不限於濃度、分子數目及液滴黏度。在某些具體實施例中，複數第一分子更被配置在載體的表面上。
本發明還揭露一種以一晶片定量液體樣品的待反應體積的方法，該晶片包括載體、在載體上的複數短程有序單元以及電連接於各該短程有序單元的複數檢測單元，短程有序單元具有分佈於載體上的複數突起。該方法包括：將所提供的液體樣品施加於載體上，以使複數突起中的至少一突起接觸具有特定體積的液珠，而液珠源自於液體樣品；以複數訊號檢測單元檢測液珠的參數；以及利用參數及依據式I將所有的特定體積加總為待反應體積：
Figure 107147522-A0305-02-0005-1
 其中V為待反應體積的總和，Vi為各該短程有序單元的特定體積，θ為液珠與表面的接觸角，a為液珠佔據短程有序單元的面積，且n為複數短程有序單元的數目。
在某些具體實施例中，各短程有序單元之間為疏水表面，複數短程有序單元在載體上排列成一陣列而形成長程有序單元。長程有序單元之第一端至長程有序單元之第二端具有親水能力之梯度變化。該方法更包括：施加包括但不限於機械力、電磁力、毛細力、親水及/或疏水的一力量於液珠，使液珠在長程有序單元上從具有弱親水能力之一端通過疏水表面而移動至具強親水能力之一端，從而去除液珠中多餘的體積。前述機械力可為重力或壓電效應產生的波，且陣列為規則陣列或不規則陣列。
本發明還揭露一種液體樣品的準定量感測系統，包括：包含一表面的載體；以及配置於表面上的複數短程有序單元，各該短程有序單 元包括複數區域，各該區域具有複數突起，不同區域之相鄰二突起之間之距離相異，其中液體樣品被施加於複數短程有序單元上，使液體樣品中具有特定體積的至少一液珠滯留於複數突起中的至少一突起上。
在某些具體實施例中，準定量感測系統更包括電連接於各短程有序單元的複數訊號檢測單元以及耦接複數訊號檢測單元的處理器，各該訊號檢測單元用以檢測至少一液珠的參數，而處理器用以利用參數計算液體樣品中特定分子的濃度，其中特定體積之總和為待反應體積，特定體積由複數短程有序單元的結構決定，並依以下式I得到待反應體積：
Figure 107147522-A0305-02-0006-2
 其中V為待反應體積，Vi為各短程有序單元上的特定體積，θ為至少一液珠與表面的接觸角，a為至少一液珠佔據短程有序單元的面積，且n為複數短程有序單元的數目。
本發明還揭露一種感測液體樣品的系統，包括：包含一表面的載體、配置在表面上且包括複數區域的複數短程有序單元、複數高度落差結構及複數分子。其中，複數高度落差結構設置於各該區域，各該高度落差結構自表面深入載體內部或者自表面反向於載體而(向上)延伸，用以增加反應的表面積，設置於各該高度落差結構的複數分子用以感測該液體樣品。其中，複數區域之第一區域中之兩高度落差結構間距第一距離，複數區域之第二區域中之兩高度落差結構間距第二距離，且第一距離相異於第二距離。
本發明還揭露一種液體樣品的準定量感測系統，包括：包含一表面的載體、配置在該表面上且包括複數區域的複數短程有序單元、設置於複數區域的複數高度落差結構、設置於高度落差結構的複數分子、訊號檢測裝置以及處理器。其中，複數高度落差結構自表面深入載體內部或者自表面反向於載體而(向上)延伸，用以增加表面之表面積，及複數分 子用以感測液體樣品，其中液體樣品包含複數液珠，且各液珠滯留於至少一高度落差結構。訊號檢測裝置電連接於複數短程有序單元，用以檢測該液珠的參數。處理器則耦接訊號檢測裝置，用以利用參數計算液體樣品中特定分子的濃度。
1:準定量裝置
2:載體
3:表面
4、4a、4b、4c、4d、4e、4f:短程有序單元
5:突起
6:訊號檢測單元
7:處理器
8:液珠
9:長程有序單元
10:疏水表面
11:入口
12:出口
13:第一端
14:第二端
15:第一分子
16:第二分子
17:SAW元件
18:反應區
Tx:傳輸訊號
Rx:接收訊號
A-A’:軸線
w:寬度
h:高度
d:距離
θ:接觸角
a:面積
本發明的上述目的及優點在參閱以下詳細說明及附隨圖式之後對那些所屬技術領域中具有通常知識者將變得更立即地顯而易見。
第1A圖為本發明實施例的準定量裝置的示意圖。
第1B圖為本發明另一實施例的準定量裝置的示意圖。
第2A、2B、2C及2D圖分別為本發明實施例由複數突起集合而成的短程有序單元的示意圖。
第3圖為本發明實施例的複數突起的俯視圖。
第4圖為本發明實施例的複數突起的側視圖。
第5圖為本發明實施例的突起承載液珠的示意圖。
第6圖為本發明實施例突起上耦接的分子的示意圖。
第7圖為本發明實施例具分枝的突起的示意圖。
第8圖為本發明實施例在準定量裝置上設置不同密度的短程有序單元的示意圖。
第9圖為本發明實施例在準定量裝置上設置不同尺寸及不同突起密度的短程有序單元的示意圖。
第10A圖為本發明實施例中尚未有液體樣品存在於準定量裝置上的示意圖。
第10B圖為本發明實施例中液體樣品存在於準定量裝置之反應區上的示意圖。
第10C圖為本發明實施例中液珠滯留於準定量裝置之短程 有序單元上的示意圖。
本案所提出的發明將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得所屬技術領域中具有通常知識者可以據以完成，然而本案的實施並非可由下列實施例而被限制其實施型態，所屬技術領域中具有通常知識者仍可依據除既揭露的實施例的精神推演出其他實施例，該等實施例皆當屬於本發明的範圍。
本發明利用黃光微影製程技術，在晶片表面上設計短程有序單元及長程有序單元的幾何結構特徵，使晶片表面的短程/長程有序單元上可承載液體樣品。短程有序單元為反應單元且具有複數突起的微結構。微結構突起能夠提供高寬度深度比(aspect ratio)的結構，在不增加平面面積的情況下預留或擴增足夠的表面積。微結構突起的結構尺寸特徵的變化可改變液體樣品在晶片上的濕潤特性，從而控制晶片表面上滯留的液體樣品或液珠的體積。透過黃光微影製程技術調整突起之間的距離而控制其上承載的液體樣品或液珠的接觸角。再透過複數突起分佈於表面的水平面積而包夾出具有特定體積的液珠。具有同樣幾何結構特徵的單元圖案可包夾出的液珠的特定體積是固定的，因此可達到準定量之功效。本發明的準定量方法可在準定量晶片、裝置或感測系統的開放式表面上實現，無須設計空腔或密閉流道。
本發明的複數短程有序單元可在晶片表面上排列成一陣列而形成長程有序單元，前述陣列可為規則陣列，包括但不限於三角形陣列、正方形陣列、矩形陣列、多角形陣列及圓形陣列，或者可為不規則陣列。晶片表面上除了短程有序單元及長程有序單元之外的區域可被設計為疏水表面。因此，當液體樣品或液珠在晶片表面上運動後，最終僅有短程及/或長程有序單元能滯留液體樣品或液珠。控制液體樣品或液珠在晶片表面上 運動的驅動力量包括但不限於機械力(重力或壓電效應產生的波)、電磁力、毛細力、親水及/或疏水。當驅動力量的強度被調整為小於短程有序單元的濕水性及吸附力時，多餘的液體樣品被去除，但在短程有序單元上的液體樣品或液珠的滯留並不受影響。
由於本發明的晶片為開放式晶片、不具有空腔或特定流道，因此相較於先前技術而可實施多步驟反應，並可使用反應劑或清洗劑，輔以驅動力量的施加而去除殘留的液體樣品或液珠及干擾分子，使得所測量的訊號更真實、精準。而且，本發明的開放式晶片在清洗後可反覆使用測定同一液體樣品，或者在清洗後再測定其他液體樣品。
請參閱第1A圖，其為本發明實施例的準定量裝置的示意圖。在第1A圖中，準定量裝置1的載體2的表面3上配置了反應區18以及在反應區18範圍內的複數短程有序單元4，每個短程有序單元4在表面3上具有一特定面積，且在該特定面積上分佈複數突起。短程有序單元4的複數突起5被排列為一特定圖案。如第2A、2B、2C及2D圖所示，短程有序單元4的外圈的複數突起5以較密集之方式排列，而內圈的複數突起5以較疏鬆之方式排列。所屬技術領域中具有通常知識者均理解，第2A、2B、2C及2D圖的短程有序單元由內而外或由外而內可設置複數個由疏至密或由密至疏的突起區域，或者短程有序單元不同疏密的突起區域可依一方向而呈梯度變化，而無須以內圈及外圈方式排列。再者，複數突起5可為不同立體形狀，包括但不限於圓柱、方柱、三角柱或其組合。第2A至2D圖示出的俯視圖即呈現頂部為圓形、方形、三角形的複數突起5。
請參閱第3圖及第4圖，其分別為本發明實施例的複數突起的俯視圖及側視圖。由第3圖俯視圖的A-A’軸線觀之即為第4圖的側視圖。在載體2上的每一突起5的寬度為w、高度為h，相鄰二突起5之間的距離為d。在不同疏密程度區域的突起5之間的距離不同。短程有序單元是由外圈突起區域圍繞內圈突起區域之方式構成。以表1為例，短程有序單元的複數突起 區域由外而內依序被設置為區域1、2、3、4、5及6，其中區域1突起間距離最窄，區域6突起間距離最寬，形成外密內疏的短程有序單元。替代地，當形成外疏內密的短程有序單元時，中間的突起區域的突起間距離最窄，最外圈的突起區域的突起間距離最寬。短程有序單元的複數突起區域的數量可依需求增減，並不受本發明的實施例限制。
Figure 107147522-A0101-12-0008-24
請繼續參閱第1A圖，準定量裝置1的載體2下方設置訊號檢測單元6，其耦接於載體2並檢測液珠的參數。訊號檢測單元6可與載體2為分離狀態，待需進行檢測時，再將兩者耦接即可。訊號檢測單元6與載體2間之耦接關係可為接觸性地連接或者非接觸性地連接。訊號檢測單元6還耦接處理器7，處理器7則進行數據運算。在較經濟的情況下，訊號檢測單元6及處理器7被整合為一裝置且於未進行檢測時與載體2分離，整合裝置可用於檢測多個準定量裝置1，故可省下為每一準定量裝置1設置訊號檢測單元6及處理器1的費用。訊號檢測裝置6設置之位置並不限於載體2下方，載體2上方或側邊均可作為設置訊號檢測裝置6之處。
請參閱第5圖，其為本發明實施例的突起承載液珠的示意圖。在第5圖中，液體樣品被施加於載體2上，使得液體樣品中的液珠8附著或滯留於於載體2上，液珠8與突起5的平面呈一接觸角θ，且液珠佔據短程有序單元4的面積為a。訊號檢測單元6檢測液珠8的參數，處理器7利用液珠 8的參數及式I將液珠的特定體積加總為待反應體積：
Figure 107147522-A0101-12-0009-4
 其中V為待反應體積的總和，Vi為每個短程有序單元的特定體積，θ為液珠8與表面3的接觸角，a為液珠8佔據的面積，且n為短程有序單元的數目。
液珠的特定體積亦可參照Derrick等人的文獻(Derrick et al.,Determination of contact angle from contact area of liquid droplet spreading on solid substrate,Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies,2007,6(10)：29-38.)揭露的參數或其他方程式計算，其中液珠的接觸半徑為R(t)，液珠高度為h(t)=1/2R(t)θ，液珠接觸平面的面積為a=1/2πR(t)，液珠體積為V=1/2πh(t)R(t)2，t為時間。
請繼續參閱第1A圖，載體2上的複數短程有序單元4被排列為一矩陣而形成長程有序單元9，且複數短程有序單元4之間的表面被設計或施加材料為疏水表面。載體2的一端至相對應的另一端的路徑形成了親水能力的梯度變化。在第1A圖中，載體2設置第一端13及第二端14，長程有序單元9的路徑從第一端13至第二端14將形成親水能力的梯度變化。載體2上的液珠8受力量的驅動將從弱親水能力的第一端13通過疏水表面10移動至強親水能力的第二端14，而去除液珠8中多餘的體積。而存留在特定短程有序單元上4顯示出局部較強的親水能力。
本發明的液體樣品可以直接施加於載體2上，或者將載體2直接浸入含有液體樣品的容器，使液體樣品或液珠8存在於載體2上。在將載體直接浸入含有液體樣品的容器的方案中，載體浸入再取出後液體樣品或液珠存在於載體上，操作者可直接將載體浸入含有另一液體樣本的容器、浸入含有清洗溶液(例如水、磷酸鹽緩衝溶液等)的容器、或者含有抗體或反應物之溶液的容器，前述容器之數量或順序以及所含的溶液依操作者需求而可修改。或者可在載體2上設置入口11及出口12(如第1A圖所 示)，操作液體分注裝置將液體樣品通過入口11而進入表面3，多餘的液體樣品或液珠8在通過出口12而離開載體2。入口11及出口12可設置於載體2的同一端。如第1A圖所示，入口11及出口12設置於載體2的第一端13。所屬技術領域中具有通常知識者亦可將入口11及出口12設置於載體2的相異端，例如入口11設置於第一端13，出口12設置於第二端14。
第1A圖的準定量裝置1的載體2上還可設置表面聲波(SAW)元件17，其經由電流驅動而發送一傳輸訊號Tx通過短程有序單元4上的液珠，而產生一接收訊號Rx，訊號檢測單元6再偵測此接收訊號Rx。處理器7再對液體樣品或液珠進行特定分子的分析。
請參閱第1B圖，其為本發明另一實施例的準定量裝置的示意圖。在第1B圖中，待測樣品或液珠(未示出)由載體2第一端13的入口11進入在反應區18範圍內的短程有序單元4，最終由第二端14的出口12離開，訊號檢測單元6偵測從短程有序單元4反射的接收訊號Rx，處理器7再對液體樣品或液珠的進行特定分子的分析。
因此，本發明的準定量晶片可利用準定量方法滯留與測定固定體積的液珠。
除了準定量反應體積之外，進一步檢測液體樣品或液珠中特定分子的含量或濃度。
請參閱第6圖，其為本發明實施例突起上耦接的分子的示意圖。在第6圖中，第一分子15被配置在突起5上，使液珠8中的第二分子16與第一分子15耦接，進而供訊號檢測單元(未示出於第6圖)檢測第二分子16與第一分子耦接的訊號，處理器(未示出於第6圖)再由該訊號計算第二分子16的濃度、分子數目、親水能力、疏水能力等數據。第一分子15可為抗體、補體、蛋白質等，而第二分子16為可與第一分子15專一性或部分專一性結合的分子。第一分子15除了被配置於突起5上，亦可配置於載體2的表面，以實現空間的高度利用。微小化的晶片及其具微結構的突起能夠在大 量製造後降低成本。而在擴增的表面積接上更多第一分子將能提高反應靈敏度。
請參閱第7圖，其為本發明實施例具分枝的突起的示意圖。與第6圖相較，突起從具一特定高度的柱狀體被改良為延伸出分枝的突起。分枝將有助於接上更多第一分子，而可捕捉更多液珠中的第二分子，從而提高反應靈敏度。所屬技術領域中具有通常知識者由第7圖的分枝突起可顯而易見地改良突起的結構，或是將突起改良為具有深度的凹洞，達到增加表面積之功效。
利用黃光微影製程技術，多種短程有序單元可被設置在同一準定量裝置上，各種短程有序單元以特定數量及陣列方式排列為長程有序單元，且短程有序單元的突起及表面上接有特定的第一分子，以依序偵測個體血液、血清、尿液或其他體液中的成分，或是偵測一液體材料中的成分。請參閱第8圖，其為本發明實施例在準定量裝置上偵測分子的示意圖。在第8圖中，短程有序單元4a被設置在同一載體2上的區域a、b及c上，短程有序單元4a分別以特定數量及陣列方式排列為長程有序單元，且短程有序單元4a的突起及表面上分別接有與X分子專一性的抗體。當個體的血液或血漿、血清覆蓋於載體上且經過準定量方法控制短程有序單元4a的血清體積後，訊號檢測單元檢測突起上的抗體與X分子結合的訊號強度，進而計算血清中X分子的含量。結果顯示，區域a對於樣品中低濃度之X分子有較佳的偵測結果，區域c對於樣品中高濃度之X分子有較佳的偵測結果，區域b則介於之間。由第8圖之示例可知，本發明可整合來自區域a、b及c(及/或由不同數量之短程有序單元及特定規則之陣列所構成的區域)的訊號可得到一樣品中特定分子的較寬動態範圍(dynamic range)。
或者，在另一載體2上，短程有序單元4a的突起在區域a、b及c表面上分別接有與A、B及C分子專一性的抗體(血液中濃度A<B<C)。如上所述，訊號檢測單元檢測突起上的抗體與A、B及C分子結合的訊號強 度，進而計算血清中的A、B及C分子的含量。
本發明準定量裝置上抗體與液體樣品中的分子結合後，可進一步進行其他生物化學反應，例如酵素結合免疫吸附分析法(ELISA)。
請參閱第9圖，其為本發明實施例在準定量裝置上設置不同尺寸及不同突起密度的短程有序單元的示意圖。在第9圖中，載體2上的區域d、e及f設置不同尺寸及不同突起密度的短程有序單元4d、4e及4f，且短程有序單元4d、4e及4f兩兩之間為放大或縮小，差異在於短程有序單元的數量及其形成的陣列圖案。設計者利用黃光微影製程技術設計偵測液體樣品中特定分子的短程有序單元時，將可藉由不同尺寸、突起密度、數量及陣列圖案的短程有序單元的設計，製造最佳化的準定量晶片、裝置或系統。
第9圖設置不同尺寸及不同突起密度的短程有序單元的單一準定量裝置也可設計以偵測一個體的體液中的特定分子，例如致病因子，來判斷個體的生理狀況或疾病病程。由於短程有序單元4d、4e及4f的突起上單位表面積上耦接的抗體數量不同，因此在短程有序單元4d、4e及4f測量出抗體與致病分子耦接的不同強度訊號，以判斷該個體的特定分子濃度是否可將該個體認定為發病或是未發病的個體。
在本發明的一個實施例中，液體樣品可從入口進入準定量裝置，再由出口離開，而液珠被滯留於短程有序單元上。請參閱第10A至10C圖的實施例，第10A圖即為第1A圖的準定量裝置1，當液體樣品從準定量裝置1的入口11進入後，液體樣品可存在於反應區18的所有區域(第10B圖之斜線區域)或部分區域，之後過多的液體樣品依照前述說明從出口12離開反應區18，剩下液珠存在於短程有序單元4上(第10C圖之斜線區域)，從而計算液體樣本或液珠中特定分子的含量及/或計算存在於短程有序單元上的液珠體積。
結論：
在本發明揭露的系統、裝置及方法中，入口及出口的設置並 非必要，但液體樣品可由入口流入短程有序單元而自行分佈至短程有序單元。短程有序單元上的液體樣品或液珠的體積總和為準定量(準體積定量)。而從所有短程有序單元的測量電子或光學訊號進行加總，而減少變異(公差)並增強靈敏度。
由於各短程有序單元的訊號被複數訊號檢測單元獨立地收集，因此不會發生習知技術中晶片前端缺陷影響後端讀值的問題。若符合品管要求的一晶片裝置上僅有少數缺陷，只要大部分的短程有序單元可正常運作，仍不影響晶片裝置的測量，仍可獲得高可靠性的測量結果。
本發明實屬難能的創新發明，深具產業價值，援依法提出申請。此外，本發明可以由所屬技術領域中具有通常知識者做任何修改，但不脫離如所附申請專利範圍所要保護的範圍。
1‧‧‧準定量裝置
2‧‧‧載體
3‧‧‧表面
4‧‧‧短程有序單元
6‧‧‧訊號檢測單元
7‧‧‧處理器
9‧‧‧長程有序單元
10‧‧‧疏水表面
11‧‧‧入口
12‧‧‧出口
13‧‧‧第一端
14‧‧‧第二端
17‧‧‧SAW單元
18‧‧‧反應區
Tx‧‧‧傳輸訊號
Rx‧‧‧接收訊號

Claims (13)

  1. 一種定量一液體樣品的一待反應體積的裝置，包括：一載體，包含一表面以及在該表面上的複數短程有序單元，其中各該短程有序單元的同一單元中，具有兩種疏密不同的區域，各該短程有序單元具有一第一面積以及分佈於該第一面積上的複數突起，各該短程有序單元的該複數突起用以共同滯留對應的具一特定體積的一液珠，且該液珠源自於該液體樣品；複數訊號檢測單元，用以檢測該液珠的一參數；以及一處理器，耦接該複數訊號檢測單元，用以利用該參數及依據式I將各特定體積加總為該待反應體積：
    Figure 107147522-A0305-02-0017-3
     其中V為該待反應體積的總和，Vi為各該短程有序單元的特定體積，θ為該液珠與該表面的接觸角，a為該液珠佔據該第一面積中的一面積，且n為該複數短程有序單元的數目。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中該表面在各該短程有序單元之間為一疏水表面，該複數短程有序單元在該表面上排列成一陣列而形成一長程有序單元，該長程有序單元之一第一端至該長程有序單元之一第二端之一路徑形成親水能力之一梯度變化。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該液珠在該載體上受一力量的驅動，在該長程有序單元上從具有弱親水能力之該第一端通過該疏水表面而移動至具強親水能力之該第二端，從而去除該液珠中多餘的體積。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中該裝置更包括一入口及一出口，該入口設置於該載體之上。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中複數第一分子被配置於各該複數突起上，用以與該液珠中的複數第二分子耦接，各該訊號檢測單元更 用以檢測該複數第一分子與該複數第二分子耦接的訊號，該處理器更用以由該訊號計算該液體樣品中該複數第二分子的一參數，且該參數係選自由濃度、分子數目及液滴黏度所組成的群組至少其中之一。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中該複數第一分子更被配置於該表面上。
  7. 一種以一晶片定量一液體樣品的一待反應體積的方法，該晶片包括一載體、在該載體上的複數短程有序單元以及電連接於各該短程有序單元的複數檢測單元，各該短程有序單元具有分佈於該載體上的複數突起，該方法包括：提供該液體樣品；將該液體樣品施加於該載體上，以使各該短程有序單元的該複數突起用以共同滯留對應的具有一特定體積的一液珠，其中各該短程有序單元的同一單元中，具有兩種疏密不同的區域，該液珠源自於該液體樣品；以該複數訊號檢測單元檢測該液珠的一參數；以及利用該參數及依據式I將各特定體積加總為該待反應體積：
    Figure 107147522-A0305-02-0018-4
     其中V為該待反應體積的總和，Vi為各該短程有序單元的特定體積，θ為該液珠與該表面的接觸角，a為該液珠佔據該短程有序單元的一面積，且n為該複數短程有序單元的數目。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中各該短程有序單元之間為一疏水表面，該複數短程有序單元在該載體上排列成一陣列而形成一長程有序單元，該長程有序單元之一第一端至該長程有序單元之一第二端具有親水能力之一梯度變化，且該方法更包括：施加一力量於該液珠，使該液珠在該長程有序單元上從具有弱親水能力之一端通過該疏水表面而移動至具強親水能力之一端，從而去除該 液珠中多餘的體積。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，其中該力量選自由機械力、電磁力、毛細力、親水、疏水及其組合所組成的群組，該機械力為重力或壓電效應產生的波，且該陣列為一規則陣列或一不規則陣列。
  10. 一種一液體樣品的準定量感測系統，包括：一載體，包含一表面；以及複數短程有序單元，配置於該表面上，各該短程有序單元包括複數區域，各該區域具有複數突起，不同區域之相鄰二突起之間之一距離相異，其中各該短程有序單元的同一單元中，具有兩種疏密不同的區域，該液體樣品被施加於該複數短程有序單元上，使該液體樣品中具有一特定體積的一液珠共同滯留於對應的各該短程有序單元的該複數突起上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的準定量感測系統，更包括：複數訊號檢測單元，各該訊號檢測單元電連接於各該短程有序單元，用以檢測該至少一液珠的一參數；以及一處理器，耦接該複數訊號檢測單元，用以利用該參數計算該液體樣品中一特定分子的濃度，其中該特定體積之總和為一待反應體積，該特定體積由該複數短程有序單元的結構決定，並依以下式I得到該待反應體積：
    Figure 107147522-A0305-02-0019-5
     其中V為該待反應體積，Vi為各該短程有序單元上的該特定體積，θ為該至少一液珠與該表面的接觸角，a為該至少一液珠佔據該短程有序單元的一面積，且n為該複數短程有序單元的數目。
  12. 一種感測一液體樣品的系統，包括：一載體，包含一表面；複數短程有序單元，配置於該表面上，各該複數短程有序單元包括複 數區域；複數高度落差結構，設置於各該區域，各該高度落差結構自該表面深入該載體內部或者自該表面反向於該載體而延伸，用以增加該表面之一表面積；以及複數分子，設置於各該高度落差結構，用以感測該液體樣品，其中：各該複數短程有序單元之該複數區域具有一第一區域與一第二區域，該第一區域中之兩該高度落差結構間距一第一距離；該第二區域中之兩該高度落差結構間距一第二距離；以及該第一距離與該第二距離相異。
  13. 一種一液體樣品的準定量感測系統，包括：一載體，包含一表面；複數短程有序單元，配置於該表面上，各該複數短程有序單元包括複數區域，其中各該短程有序單元的同一單元中，具有兩種疏密不同的區域；複數高度落差結構，設置於各該複數區域，各該高度落差結構自該表面深入該載體內部或者自該表面反向於該載體而延伸，用以增加該表面之一表面積；以及複數分子，設置於各該高度落差結構，用以感測該液體樣品，其中該液體樣品包含複數液珠，且各該液珠共同滯留於對應的各該複數短程有序單元之該複數高度落差結構上；一訊號檢測裝置，電連接於該複數短程有序單元，用以檢測各該液珠的一參數；以及一處理器，耦接該訊號檢測裝置，用以利用該參數計算該液體樣品中一特定分子的濃度。
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