TWI243705B - Fluid analytical device - Google Patents

Description

1243705 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種流體分析裝置，特別是有關於一種可 進行多步驟分析檢測之流體分析裝置。 【先前技術】 一般來說，在進行血液測試前，通常需先將血球（blood cell) 與血漿（plasma)從全血（whole blood)中分離出來，然後即可對血 漿進行各種不同之檢測。至於將血漿從全血中分離出來之方 式，大多是應用離心力原理並搭配具有特殊流道設計之旋轉分 離機構來達成。 在美國專利第5,061，381號中即揭露有一種用來將全血中 之細胞成份（cellular component)與血衆分離出來之離心旋轉器 (centrifugal rotor)。如第1圖所示，離心旋轉器10主要是由一 上層機構12、一中層機構14以及一底層機構16所構成，並且 在上層機構12、中層機構14以及底層機構16中分別具有不同 之流道。全血可經由一血液注入孔22而注入離心旋轉器10中。 然後，透過離心旋轉器10之旋轉以及上層機構12、中層機構 14與底層機構16間之交互運作，即可達成細胞成份與血漿分離 之目的。在此，由於全血中之細胞成份與血漿分別具有不同之 比重，故在離心旋轉器10旋轉時所產生之離心力作用下，具有 不同比重之細胞成份與血漿即會因離心力作用而朝徑向方向流 動並發生分離。 然而，上述之離心旋轉器10具有一些缺點。首先，如第2 圖所示，同時朝徑向方向流動之細胞成份與血漿會在徑向通道 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 6 1243705 94處發生分離。更詳細的來說，利用周壁91之設計及狹小的徑 向通道94阻擋全血中細胞成份而過濾出之血漿可繼續經由徑向 通道94流至測試槽（test well)92中，細胞成份則會因狹小的徑 向通道94之阻擋而停留在收集室90之周壁91附近。然而，在 離心旋轉器10之實際操作中，儘管大部份的細胞成份會因狹小 的徑向通道94之阻擋而無法流至測試槽92中，但仍會有少部 份之細胞成份因離心力作用而被擠入徑向通道94中，此時，在 徑向通道94之壓擠下，細胞成份（血球）即會因受剪力（shear force)作用發生破裂並流入測試槽92中，因而會污染測試槽92 中之血漿影響後續分析。 此外，如第1圖所示，為了防止血液在離心旋轉器10之旋 轉過程中發生溢流（overflow)現象，故還需在離心旋轉器10之 中層機構14上設置一溢流室44來收集溢流之血液。 總體而言，如第1圖及第2圖所示，離心旋轉器10之構造 (或流道設計）實在過於複雜，因此不論在製造或操作上皆會造成 相當大的不便。 有鑑於此，本發明之目的是要提供一種構造及操作皆較為 簡易之流體分析裝置，以對一流體進行多步驟之分析檢測。 【發明内容】 本發明基本上採用如下所詳述之特徵以為了要解決上述之 問題。也就是說，本發明適用於分離及分析具有一第一成份以 及一第二成份之一流體，該第一成份之比重係大於該第二成份 之比重，並且包括一旋轉座，具有一容納室、一第一分離室、 一第二分離室、一第一連接槽、一第二連接槽以及一排氣槽， 其中，該容納室係容納該流體，該第一連接槽係連接於該容納 0424-A20754TWF(N2)；P13930011；hawdong 7 1243705 室與該第一分離室之間，該第二連接槽係連接於該第一分離室 與該第二分離室之間，該排氣槽係連接於該容納室，該第一分 離室至該容納室之距離係大於該第二分離室至該容納室之距 離。當該旋轉座旋轉時，該流體中之該第一成份係藉由離心力 作用與摩擦力而經由該第一連接槽流至該第一分離室之中，以 及該第二成份係藉由離心力分量差作用及比重較第一成份輕之 緣故而經由該第一連接槽、該第一分離室及該第二連接槽流至 該第二分離室之中。 同時，根據本發明之流體分析裝置，該旋轉座更具有一注 入孔，係連接於該容納室，該流體係經由該注入孔而流入該容 納室之中。 又在本發明中，該排氣槽係連接於該第二分離室與該容納 室之間，當該旋轉座旋轉時，該第一連接槽、該第一分離室、 該第二連接槽以及該第二分離室中之氣體係依序經由該排氣 槽、該容納室以及該注入孔而排至該流體分析裝置之外。 -又在本發明中，該第一分離室至該容納室之距離係大於該 第二分離室至該容納室之距離。 又在本發明中，該第一連接槽與該第二連接槽之間係具有 一第一夾角，該第一夾角係介於〇度與90度之間。 又在本發明中，該第一連接槽之截面積對該第二連接槽之 截面積之比例係大於或等於1。 又在本發明中，該排氣槽之截面積係小於1mm2。 又在本發明中，該流體更具有一第三成份，該旋轉座更具 有一第三分離室以及一第三連接槽，該第二成份之比重係大於 該第三成份之比重，該第三連接槽係連接於該第二分離室與該 第三分離室之間，該第二分離室至該容納室之距離係大於該第 0424-A20754TWF(N2)；P1393001 1；hawdong 8 1243705 三分離室至該容納室之距離，以及當該旋轉座旋轉時，該第三 成份係藉由離心力作用而經由該第一連接槽、該第一分離室、 該第二連接槽、該第二分離室及該第三連接槽流至該第三分離 室之中。 又在本發明中，該排氣槽係連接於該第三分離室與該容納 室之間，當該旋轉座旋轉時，該第一連接槽、該第一分離室、 該第二連接槽、該第二分離室、該第三連接槽以及該第三分離 室中之氣體係依序經由該排氣槽、該容納室以及該注入孔而排 至該流體分析裝置之外。 又在本發明中，該第一分離室至該容納室之距離對該第二 分離室至該容納室之距離之比例係介於8與1之間，以及該第 一分離室至該容納室之距離對該第三分離室至該容納室之距離 之比例係介於10與1之間。 又在本發明中，該第一連接槽與該第二連接槽之間係具有 一第一夾角，該第二連接槽與該第三連接槽之間係具有一第二 夾角，該第一夾角係介於〇度與90度之間，以及該第二夾角係 小於180度。 又在本發明中，該第一連接槽之截面積對該第二連接槽之 截面積之比例係介於5與1之間，以及該第一連接槽之截面積 對該第三連接槽之截面積之比例係介於8與1之間。 又在本發明中，該容納室係位於該旋轉座之中心上。 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文 特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明。 【實施方式】 茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ihawdong 9 1243705 第一實施例 二月 > 閱第3圖及第4圖，本實施例之流體分析裝置主要 :括有—旋轉座⑽，在旋轉座_上成形有-容納室110、 注入孔115、複數個第一分離室120、複數個第二分離室 複數個弟—連接槽14G、複數個第二連接槽15G以及複 數個排氣槽160，盆中，每v …、 ，、T 母個弟一分離室120、第二分離室 έ —弟込接匕I40、第二連接槽150及排氣槽160可與容 '內至110 $成_組流這迴路’而本實施例之旋轉座是以 八組流道迴路來做說明。 在本κ施例中，谷納室j丨〇是位於旋轉座丨⑽之中心上。 注入孔115是位於旋轉座之上方，並且注入孔⑴是連 接於容納室110。第-連接槽14()是連接於容納室11G與第一 刀離至120之間，第二連接槽15〇是連接於第一分離室⑽ ，第二分離室m之間，而排氣槽⑽則是連接於第二分離 室130與容納室11〇之間。 特別的是，如第3圖所示，在每一組流道迴路中，第一 分離室m至容納室110之距離Li(亦為第一連接槽14〇之長 度）是大於第二分離室130至容納室11〇之距離乙3(亦為排氣 槽⑽之長度），並且第一分離室12〇至容納室ιι〇之距離^ 大於第二分離室13〇至容納室11〇之距離Ls。同時，第一連 接槽副之長度L!對第二連接槽i 5 〇之長度L 2之比例係大於 1，或第一連接槽140與第二連接槽15〇之間具有一第一夹角 θι，而此第一夾角0】可以是介於〇度與9〇度之間。 此外，第-連接槽14G之截面積對第二連接槽15〇之截 面積之比例大於或等於〗，而排氣槽16〇之截面積可以是小於 1mm2。值得注意的是，排氣槽16〇之截面積可以是非常的小， 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 lhawdong 1243705 而不易使流體流入其中。 、 以下將舉例說明以本實施例之流體分析裝置來對一流體 進行分離及分析之運作方式。 首先，可將各種不同之（粉狀）檢驗試劑分別塗佈於各第 —刀離至130及各第一分離室12〇之中。然後，將一流體（例 =血由注入孔115注入容納室110之中，而流體（全血） 中具有比重不同之一第一成份（例如血球或細胞成份）以 及一 ^二成份（例如血漿），並且第一成份（血球或細胞成份）之 =重疋大於第二成份（血漿）之比重。接著，將旋轉座丨⑻之底 邻連接於一馬達（未顯示），以使旋轉座1〇〇以一特定轉速旋 ^此^位於谷納室110中之流體（全血）會因其與容納室 110之壁面間的摩擦力而隨著旋轉座1〇〇旋轉，並且會沿著容 納室U〇之壁面升高。當流體（全血）升高到第一連接槽140 =入口處4，流體（全血）gp會因離心力作用及毛細現象而朝向 第-分離室120流去。特別的是，比重較大之第—成份（血球 或細胞成份）會停留在第_分離室12G中，而比重較小之第二 成伤（血桌）則會因離心力分量差之故而漸漸地經由第二連接 槽150流至第二分離冑13〇中。此外，當旋轉座⑽旋轉時， 第一連接槽140、第一分離室13〇、第二連接槽15〇以及第二 分離室130中之氣體可依序經由i氣槽跡容納室ιι〇以及 注入孔115而排至流體分析裝置（或旋轉座1〇〇)之外，如此即 可有助於各組流道迴路間之壓差平衡。最後，塗佈於各第二 分離室130中之檢驗試劑即可與第二成份（血裝）發生反應，而 塗佈於各第-分離室12G中之檢驗試劑即可與第—成份（血球 或細胞成份）發生反應，藉由觀察各反應現象即可獲得各分析 結果。 〇424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 1243705 此外，上述被用來分離及分析之流體除了可以是全血 外，其亦可以是包含有生物體之新陳代謝物或固液混合溶液 等。 在另一方面，上述之流體亦可以是一純溶劑，本實施例 之流體分析裝置亦可對其進行連續性之分析。更詳細的來 說，同樣可先將各種不同之（粉狀）檢驗試劑分別塗佈於各第二 分離室130及各第一分離室120之中。然後，將此流體（純溶 劑）經由注入孔115注入容納室110之中，並使旋轉座100以 一特定轉速旋轉，此時，流體（純溶劑）即會因離心力作用及毛 細現象而朝向第一分離室120流去，進而會朝向第二分離室 13 0流去，直到各組流道迴路間之壓差平衡為止。最後，塗佈 於各第二分離室130及各第一分離室120中之檢驗試劑即可 分別與流體（純溶劑）發生反應，藉由觀察各反應現象即可獲得 此流體（純溶劑）之各種分析結果。 此外，雖然本實施例之流體分析裝置是以八組流道迴路 來對流體進行分離及分析，但流體分析裝置並不侷限於僅有 八組流道迴路。換句話說，本實施例之流體分析裝置亦可以 具有八組以上之流道迴路，以對流體進行分離及分析之運. 作。再者，雖然本實施例之每一組流道迴路是具有二個分離 室，但本實施例之流體分析裝置亦可以根據實際需求而在每 一組流道迴路中配置有二個以上之分離室，以對流體進行多 重分離及分析。 第二實施例 在本實施例中，與第一實施例相同之元件均標示以相同之 符號。 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 12 1243705 請參閱第5圖，本實施例之流體分析裝置主要包括有一旋 轉座100’，在旋轉座100’上成形有一容納室11〇、一注入孔 複數個第一分離室120、複數個第二分離室130、複數個第三分 離室135、複數個第一連接槽140、複數個第二連接槽15〇、複 數個第三連接槽155以及複數個排氣槽16〇，其中，每一個第一 分離室120、第二分離室130、第三分離室135、第一連接槽14〇、 第二連接槽150、第三連接槽155及排氣槽16〇可與容納室11〇 形成一組流道迴路，而本實施例之旋轉座1〇〇，亦是以八組流道 迴路來做說明。 在本貫施例中，容納室11 〇是位於旋轉座1 ，之中心上。 注入孔115是位於旋轉座100’之上方，並且注入孔115是連接 於容納室110。第一連接槽」4〇是連接於容納室11〇與第一分離 室120之間，第二連接槽15〇是連接於第一分離室12〇與第二 分離室130之間，第三連接槽155是連接於第二分離室13〇與 第二分離室135之間，而排氣槽160則是連接於第三分離室135 與容納室110之間。 特別的是，如第5圖所示，在每一組流道迴路中，第一分 離室120至容納室11〇之距離Li，（亦為第一連接槽14〇之長度） 是大於第二分離室13〇至容納室11〇之距離Ls，第二分離室13〇 至容納室110之距離L5又是大於第三分離室135至容納室ιι〇 之距離L4(亦為排氣槽16〇之長度），第一分離室12〇至容納室 no之距離Ll，對第二分離室130至容納室110之距離^之比例 疋介於8與1之間，以及第一分離室12〇至容納室ιι〇之距離 Ll’對第二分離室135至容納室110之距離l4之比例是介於1Q 與1之間。同時，第一連接槽140與第二連接槽150之間具有 一第一夹角ΘΓ，以及第二連接槽15〇與第三連接槽155之間具 0424-A20754TWF(N2)；P13930011；hawd〇ng 13 1243705 有一弟一夹角角㊀2’苐—央角可以是介於0度與90度之間， 而第二夾角Θ2可以是小於18〇度。 此外，第一連接槽140之截面積對第二連接槽150之截面 積之比例可以是介於5與丨之間，第一連接槽14〇之截面積對 第三連接槽155之截面積之比例可以是介於8與〗之間，而排 氣槽160之截面積可以是小於lmm2。值得注意的是，排氣槽 之截面積可以疋非常的小，而不易使流體流入其中。 以下將舉例說明以本實施例之流體分析裝置來對一流體進 行分離及分析之運作方式。 首先，可將各種不同之（粉狀）檢驗試劑分別塗佈於各第三 分離室135、各第二分離室13〇及各第一分離室12〇之中。然後， 將一流體（例如多相混合溶液）經由注入孔115注入容納室ιι〇之 中，而流體中可以具有比重不同之一第一成份、一第二成份以 及一第二成份，第一成份之比重是大於第二成份之比重，而第 一成伤之比重又疋大於第三成份之比重。接著，將旋轉座 之底部連接於一馬達（未顯示），以使旋轉座1〇〇，以一特定轉速 旋轉，此時，位於容納室11〇中之流體會因其與容納室u〇之 土面間的摩彳祭力而卩返者旋轉座1 ,旋轉，並且會沿著容納室1 1 〇 之土面升同。§流體升尚到第一連接槽1 4〇之入口處時，流體 即會因離心力作用及毛細現象而朝向第一分離室12〇流去。特 別的是，比重最大之第一成份會停留在第一分離室GO中，而 比重較小之第二成份與第三成份則會因離心力分量差之故而漸 漸地經由第二連接槽15〇流至第二分離室13〇中，然後第二成 份會，留在第二分離室13〇巾，最後，比重最小之第三成份仍 會離心力分量差之故而漸漸地經由第三連接槽155流至第三 刀離至1〇5中。此外’當旋轉座1⑻’旋轉時，第一連接槽】扣、 14 0424-A20754TWF(N2)；Pl3930011;hawdong 1243705 第一分離室130、第二連接槽150、第二分離室130、第三連接 槽155以及第三分離室135中之氣體可依序經由排氣槽16〇、容 納室110以及注入孔115而排至流體分析裝置（或旋轉座ι〇〇，） 之外，如此即可有助於各組流道迴路間之壓差平衡。最後，塗 佈於各第三分離室13 5中之檢驗試劑即可與第三成份發生反 應’塗佈於各弟二分離室13 0中之檢驗試劑即可與第二成份發 生反應’而塗佈於各第一分離室120中之檢驗試劑即可與第一 成份發生反應，藉由觀察各反應現象即可獲得各分析結果。 同樣地，上述被用來分離及分析之流體亦可以是包含生物 體之新陳代謝物或固液混合溶液等。 同樣地，上述之流體亦可以是一純溶劑，本實施例之流體 分析裝置亦可對其進行連續性之分析。更詳細的來說，同樣可 先將各種不同之（粉狀）檢驗試劑分別塗佈於各第三分離室 135、各第二分離室130及各第一分離室12〇之中。然後，將此 流體（純溶劑）經由注入孔115注入容納室u〇之中，並使旋轉座 100以一特定轉速旋轉，此時，流體（純溶劑）即會因離心力作用 =毛細縣而朝向第一分離室12〇流去，進而會朝向第二分離 至130及第二分離室135流去，直到各組流道迴路間之壓差平 衡為止。最後，塗佈於各第三分離室135、各第二分離室 及各第刀離至I20中之檢驗試劑即可分別與流體c純溶劑）發 生反應，藉由觀察各反應現象即可獲得此流體（純溶劑）之各種 析結果。 同樣地，雖然本實施例之流體分析裝置是以八組流道迴路 來對流體進行分離及分析，但流體分析裝置並不偈限於僅有八 組流這迴路。換句話說’本實施例之流體分析裝置亦可以呈有 八組以上之流道迴路’以對流體進行分離及分析之運作。再者， 〇424-A20754TWF(N2)；P13930011；hawd〇ng 1243705 雖然本實施例之每一組流道迴路是具有三個分離室，但本實施 例之流體分析裝置亦可以根據實際需求而在每一組流道迴路中 配置有三個以上之分離室，以對流體進行多重分離及分析。 綜上所述，本發明之流體分析裝置可具有多項優點： (1) 本發明之流體分析裝置可以簡單之構造（或流道設計） 來對流體進行多步驟或多路徑之分析檢測，並且各檢測項目是 在不同之分離室中進行，而彼此不會互相干擾。 (2) 當各分離室被流體填滿後，不論旋轉座之轉速變化如 何，流體均不會再流入分離室中，因而可達成定量檢測之目的， 並省略溢流室之設計。 (3) 流體分析裝置不需具有過濾裝置或閥門即可將流體平 均分佈於各組流道迴路中，並將流體内比重不同之組成物質分 離。 雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後 附之申請專利範圍所界定者為準。 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ihawdong 16 1243705 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示一習知之離心旋轉器之立體及部份剖面示意圖； 第2圖係顯示根據第1圖之部份剖面示意圖； 第3圖係顯示本發明之第一個實施例之流體分析裝置之俯視示意圖； 第4圖係顯示根據第3圖之A-A剖面示意圖；以及 第5圖係顯示本發明之第二個實施例之流體分析裝置之俯視示意圖。 【主要元件符號說明】 10〜離心旋轉器 12〜上層機構 14〜中層機構 16〜底層機構 22〜血液注入孔 44〜溢流室 90〜收集室 91〜周壁 92〜測試槽 94〜徑向通道 100、100’〜旋轉座 110〜容納室 115〜注入孔 120〜第一分離室 130〜第二分離室 135〜第三分離室 140〜第一連接槽 150〜第二連接槽 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 17 1243705 155〜第三連接槽 160〜排氣槽 L、LT、L2、L2,、L3、L4、L5、L6〜距離或長度 θ!、θι ’〜第一失角 θ2〜第二夾角 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 18

Claims (1)

1243705 十、申請專利範圍： 1.一種流體分析裝置，適用於分離及分析具有一第一成份 以及一第二成份之一流體，其中，該第一成份之比重係大於該 第二成份之比重，該流體分析裝置包括： 一旋轉座，具有一容納室、一第一分離室、一第二分離室、 一第一連接槽、一第二連接槽以及一排氣槽，其中’該容納室 係容納該流體，該第一連接槽係連接於該容納室與該第一分離 室之間，該第二連接槽係連接於該第一分離室與該第二分離室 之間，該排氣槽係連接於該容納室，該第一分離室至該容納室 之距離係大於該第二分離室至該容納室之距離， 當該旋轉座旋轉時，該流體中之該第一成份係藉由離心力 作用與摩擦力而經由該第一連接槽流至該第一分離室之中，以 及該第二成份係藉由離心力分量差作用及比重較第一成份輕之 緣故而經由該第一連接槽、該第一分離室及該第二連接槽流至 該第二分離室之中。 2. 如申請專利範圍第1項所述之流體分析裝置，其中，該 旋轉座更具有一注入孔，係連接於該容納室，該流體係經由該 注入孔而流入該容納室之中。 3. 如申請專利範圍第2項所述之流體分析裝置，其中，該 排氣槽係連接於該第二分離室與該容納室之間，當該旋轉座旋 轉時，該第一連接槽、該第一分離室、該第二連接槽以及該第 二分離室中之氣體係依序經由該排氣槽、該容納室以及該注入 孔而排至該流體分析裝置之外。 4. 如申請專利範圍第1項所述之流體分析裝置，其中，該 第一分離室至該容納室之距離係大於該第二分離室至該容納室 之距離。 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 19 1243705 5. 如申請專利範圍第1項所述之流體分析裝置，其中，該 第一連接槽與該第二連接槽之間係具有一第一夾角，該第一夾 角係介於0度與90度之間。 6. 如申請專利範圍第1項所述之流體分析裝置，其中，該 第一連接槽之截面積對該第二連接槽之截面積之比例係大於或 等於1。 7. 如申請專利範圍第3項所述之流體分析裝置，其中，該 排氣槽之截面積係小於1 mm2。 8. 如申請專利範圍第1項所述之流體分析裝置，其中，該 流體更具有一第三成份，該旋轉座更具有一第三分離室以及一 第三連接槽，該第二成份之比重係大於該第三成份之比重，該 第三連接槽係連接於該第二分離室與該第三分離室之間，該第 二分離室至該容納室之距離係大於該第三分離室至該容納室之 距離，以及當該旋轉座旋轉時，該第三成份係藉由離心力作用 而經由該第一連接槽、該第一分離室、該第二連接槽、該第二 分離室及該第三連接槽流至該第三分離室之中。 9. 如申請專利範圍第8項所述之流體分析裝置，其中，該 旋轉座更具有一注入孔，係連接於該容納室，該流體係經由該 注入孔而流入該容納室之中。 10. 如申請專利範圍第9項所述之流體分析裝置，其中，該 排氣槽係連接於該第三分離室與該容納室之間，當該旋轉座旋 轉時，該第一連接槽、該第一分離室、該第二連接槽、該第二 分離室、該第三連接槽以及該第三分離室中之氣體係依序經由 該排氣槽、該容納室以及該注入孔而排至該流體分析裝置之外。 11. 如申請專利範圍第8項所述之流體分析裝置，其中，該 第一分離室至該容納室之距離對該第二分離室至該容納室之距 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ；hawdong 20 1243705 離之比例係介於8與1之間， 距離對該第三分離室至該容納 以及該第一分離室至該容納室之 室之距離之比例係介於1 〇與J之 第項料之流體分«置，其中，該 接槽與該第三連胖之㈣Z係具有—第—夾角，該第二連 、。度㈣度之間，以及該第二夾角係小於180度。 笛請專利範圍第8項所述之流體分析裝置，其中，該 盘1 #之截面積對該第二連接槽之截面積之比例係介於5 之間以及該第—連接槽之截面積對該第三連接槽之截面 積之比例係介於8與1之間。 一—申明專利範圍第10項所述之流體分析裝置，其中， 該排氣槽之截面積係介小於lmm2。 各納至係位於該旋轉座之中心 上 严如申明專利滅圍第1項所述之流體分析裝置，其中，該 室係位於該始赫命4 rb ..、、L 0424-A20754TWF(N2)；P13930011 ihawdong 21