CN103376312B - 检体免疫分析检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种检体免疫分析检测装置，其包含卡匣、针膜装置、多个磁性粒子、至少一第一磁性元件及至少一第二磁性元件，卡匣具有至少一组检测单元，检测单元包括多个储液室、多个刺针活动室、微流道结构、缓冲室、检测室及废液室，针膜装置包括第二密封膜、多个刺针结构及第一致动装置，第一致动装置驱动刺针结构使工作流体流入检测室，磁性粒子设置于检测室内，第二磁性元件的磁力大于第一磁性元件的磁力，第二磁性元件可于一第三及一第四位置间往复移动，由第二磁性元件往复移动驱动磁性粒子于检测室内往复移动，使磁性粒子与工作流体充分混合。

Description

检体免疫分析检测装置

技术领域

本发明涉及一种检体免疫分析检测装置，尤其是涉及一种设置有针膜装置，可使磁性粒子与工作流体充分混合的检体免疫分析检测装置。

背景技术

免疫分析法是一种以抗体做微生物化学检测器对化合物、酶或蛋白质等物质进行定性和定量分析的技术，能用于药物快速检测，主要有荧光免疫测定技术、放射免疫测定技术及酵素连结免疫吸附分析法(enzyme-linkedimmunosorbent assay，ELISA)等方法。

酵素连结免疫吸附分析法以抗原及抗体间特异性键结为原理，用以检测及初步定量特定的抗原或抗体。抗原或抗体的固相化及抗原或抗体的酵素标记，根据酵素反应受质显色的深浅进行定性或定量分析。

在现有技术中，如美国专利(US2005/0221281A1)公开有在微流平台上进行生物测定的生物芯片和装置，包括带有通过微流道连接的多个试剂腔和反应阱的本体结构；其中所述装置包括微致动器、加热和冷却元件、检测器、移动台、磁场发生器以及可操作以执行全部必要功能的处理器，如试剂输送、磁性纯化、混合和培养、加热和冷却，以及微流生物芯片上的光学检测。

以微结构作为生化反应的反应槽，以实现小量、多样与反应迅速等特征，是实验室芯片(Lab-on-a-chip)发展的目的，现有微流体驱动力的选择有毛细力、气动推力、真空吸力、离心力等。离心力具有载具设计简单、力量大与所需空间小等特性，血液分析前，常以离心力分离血球与血浆。

现有离心力方式驱动流体，做成微流体系统的载具的技术，揭露一离心卡匣的设计，包括流道与储液槽，其流道设计以满足单步骤的生化反应为主，因此，侦测区具有定量与可光学侦测等特性。另外部分现有技术则已揭露与检测系统相关的技术。

先前离心卡匣所研发的技术揭露芯片的制造方法。部分技术已揭露离心卡匣的微流道的设计。上述与离心卡匣相关现有技术，都是以做单步骤生化反应的检测为主。

关于现有酵素免疫分析芯片的类型，部分先前技术已揭示重力式流体及驱动方式，以无电源供给的方式，直接以钝性流体驱动工作流体，达成在芯片上进行免疫分析的目的。部分揭露磁力驱动磁性粒子方式，使用可移动的磁性元件，吸引磁性粒子进入各反应工作流体的区间，进行多步骤的免疫反应。

前述现有专利虽然与检体免疫分析检测技术有关，但仅是分别揭露部分技术，于离心力方式驱动的方法与装置中，无法利用磁性粒子反应的技术，至于磁力驱动磁性粒子方式，利用磁力驱动磁性粒子依序进入不同反应槽进行反应，其结构并无法实施于离心卡匣中，由于磁性粒子贴附于反应槽的表面移动，因此无法与反应槽中的流体充分混合，影响分析检测的精确度，而磁性粒子于移动过程中，虽然会经过清洗的过程，但由于磁性粒子浸泡于流体中，其清洗效果不佳，磁性粒子会夹带残存的液体进入下一反应槽中，影响分析检测结果。

发明内容

本发明提出一种检体免疫分析检测装置，其有关于检体免疫分析的流路结构、磁性粒子混合机构与破孔装置，以离心力与毛细力驱动的流路结构，对于检体或受测工作流体进行离心依序定量、磁性粒子混合、排液与分析系统及其分析方法、流路结构，可作为免疫或生化检测的载具。特别是经由磁性元件吸引与磁性粒子混合的步骤，使磁性粒子表面的抗体可依序与工作流体的抗原结合、与具有酵素标记的侦测抗体结合，最后与酵素受质水解呈色液混合，反应呈色。

本发明一序列的工作流体被预先密封于卡匣内，待送至使用者处，由针膜装置做刺膜动作，使工作流体流入检测室，接着由磁性粒子依序与不同的工作流体进行混合与反应，达成检体定量呈色的结果。本发明通过微流道结构、离心力、固定磁性元件与活动磁性元件的适当搭配，使磁性粒子在排液时不被工作流体带走，而保留在检测室的侧壁上；待另一工作流体以离心力驱动至检测室后，利用活动磁性元件的接近与远离检测室搭配固定磁性元件，吸引磁性粒子在两侧壁间来回移动，达成磁性粒子与工作流体混合的效果，提高检测良率。

为达到上述目的，本发明提出一种检体免疫分析检测装置，其包含一卡匣、一针膜装置、多个磁性粒子、至少一第一磁性元件以及至少一第二磁性元件。

该卡匣可以一参考轴为中心进行转动，于该卡匣具有至少一组检测单元，该检测单元包括多个储液室、多个刺针活动室、一微流道结构、一缓冲室、一检测室、一废液室、一毛细导引U形槽以及一排气结构，每一该储液室储放一种工作流体，每一该刺针活动室对应于一该储液室，每一该刺针活动室设有一第一密封膜，该第一密封膜用以使该刺针活动室与该储液室形成不连通状态；微流道结构连通每一该刺针活动室，该微流道结构用以导引该工作流体由该储液室流至该检测室；缓冲室连接于该微流道结构，检测室与该缓冲室相连通，废液室与该检测室相连通，毛细导引U形槽连接该检测室与该废液室，排气结构连接于该缓冲室与该多个储液室。

该针膜装置包括一第二密封膜、多个刺针结构、一第一致动装置，第二密封膜设置且覆盖于该卡匣设有该检测室的一面，多个刺针结构设置于该第二密封膜，每一该刺针结构对应于一该刺针活动室，每一该刺针结构包括一刺针以及一可挠性结构，该刺针具有一第一位置与一第二位置，该可挠性结构提供该刺针由该第一位置移动至该第二位置；第一致动装置用以驱动该刺针由该第一位置移动至该第二位置，且该刺针由该第一位置移动至该第二位置时，可将该第一密封膜刺破，使该刺针活动室与该储液室形成相连通状态。

该多个磁性粒子设置于该检测室内设有，每一该磁性粒子具有磁性吸引性，每一该磁性粒子表面具有一第一标定物。

该至少一第一磁性元件设置于该检测室的一侧，该第一磁性元件用以对该多个磁性粒子产生磁性，将该多个磁性粒子吸引并附着于该检测室设有该第一磁性元件的一侧。

该至少一第二磁性元件可往复移动于一第三位置以及一第四位置之间，该第二磁性元件的磁力大于该第一磁性元件的磁力，该第二磁性元件位于该第四位置时，该第二磁性元件位于该检测室相对于设有该第一磁性元件的一侧，且该第二磁性元件对该多个磁性粒子产生磁性，将该多个磁性粒子吸引并附着于该检测室设有该第二磁性元件的一侧。

为使贵审查委员对于本发明的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹配合图示详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例的组合结构外观立体图；

图2是本发明实施例的剖面结构示意图；

图3是本发明实施例的部分组合结构立体图；

图4是本发明实施例的载盘、卡匣与针膜装置的分解结构示意图；

图5是本发明实施例的卡匣的部分俯视结构示意图；

图6是本发明实施例的磁性粒子移动至检测室第二侧壁的俯视结构示意图；

图7是本发明的针膜装置与卡匣的剖面组合结构示意图；

图8是本发明的第二磁性元件位于第三位置的剖面组合结构示意图；

图9是本发明的第二磁性元件位于第四位置的剖面组合结构示意图；

图10至图13是本发明实施例的针膜装置刺破第一密封膜的连续作动的剖面结构示意图；

图14是本发明实施例所进行免疫反应分析的结果统计图。

主要元件符号说明

10-卡匣

11-透空部

12、13-半圆形凹部

14-第一凹槽

15-第二凹槽

20-载盘

21-凸柱

22-半圆形凸部

23-凸环

24-半圆形凸部

25-贯穿孔

30-驱动马达

31-驱动轴

40-检测单元

41-储液室

411-第一排气孔

42-刺针活动室

421-第一密封膜

43-微流道结构

431-第一微流道

4311-第一微流道第一端

4312-第一微流道第二端

432A～432I-第二微流道

433-第三微流道

434-毛细导引U形槽

4341-第一弧形槽

4342-第二弧形槽

4343-第一连接槽

4344-第二连接槽

44-缓冲室

441-第一排气道

442-第二排气孔

443-第二排气道

444-第三排气孔

445-环形排气室

446-第三排气道

45-检测室

451-第一侧壁

452-第二侧壁

46-废液室

47-磁性粒子

50-针膜装置

51-第二密封膜

52-刺针结构

521-刺针

5211-尖锥状结构

5212-导槽

522-可挠性结构

5221-可挠性结构第一端

5222-可挠性结构第二端

53-第一致动装置

531-推杆

532-第一板体

533-第二板体

534-套筒

60-第一磁性元件

70-第二磁性元件

80-支撑架结构

81-基座

82-检测平台

821-第一挡板

822-第二挡板

83-支柱

84-导杆

85-暗室结构

86-固定架

87-第二致动器

88-光学侦测系统

881-光导纤维接头

882-光学收光元件

89-遮光体

C-参考轴

D1、D2、D3、D4-距离

P1-第一位置

P2-第二位置

P3-第三位置

P4-第四位置

具体实施方式

以下将参照随附的附图来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举附图。

请参阅图1至图4所示，本发明所提供的检体免疫分析检测装置，其主要包含一卡匣10、一载盘20以及一针膜装置50。载盘20用以承载卡匣10，针膜装置50设置于卡匣10相对于设有载盘20的一面，卡匣10、载盘20及针膜装置50则设置于一支撑架结构80上。

请参阅图4至图7所示，本发明的卡匣10呈现扁形圆盘状，于卡匣10设有三组检测单元40，该三组检测单元40以一参考轴C为中心环形阵列。每一检测单元40包括九个储液室41、九个刺针活动室42、微流道结构43、一缓冲室44、一检测室45及一废液室46。该三组检测单元40可分别进行三种检体的免疫分析，每种检体经过九道的进样、反应与清洗等流程。储液室41设置于卡匣10内部，每一储液室41具有一第一排气孔411，该多个第一排气孔411以参考轴C为中心且环绕参考轴C设置。刺针活动室42、微流道结构43、检测室45及废液室46等皆设置于卡匣10的顶面。每一储液室41用以储放一种工作流体，依检测分析的项目不同而设置所需的工作流体，该工作流体可为具有抗体的磁性粒子、稀释血液、洗涤缓冲液、酵素标记的侦测抗体以及酵素受质水解呈色液其中之一或是清洗液。该多个刺针活动室42以一参考轴C为中心且环绕该参考轴C设置，每一刺针活动室42对应于一储液室41以及一第一排气孔411，每一刺针活动室42设有一第一密封膜421(如图7所示)，于第一密封膜421未受到破坏的情况下，第一密封膜421可使刺针活动室42与储液室41形成不连通状态，使储液室41内的工作流体不会流入刺针活动室42。

请参阅图4及图5所示，微流道结构43用以连通每一刺针活动室42，微流道结构43包括一第一微流道431、多个第二微流道432A～432I以及一第三微流道433，第一微流道431具有一弧度，第一微流道431的弧度的圆心与参考轴C偏心设置，三个第一微流道431以参考轴C为中心逐渐外扩呈现放射状设置。每一第二微流道432A～432I以参考轴C为中心径向延伸，每一第二微流道432A～432I具有相对两端，每一第二微流道432A～432I的其中一端连接于第一微流道431，每一第二微流道432A～432I的另外一端连接一刺针活动室42。第一微流道431具有相对的一第一端4311以及一第二端4312，其中一第二微流道432A设置于第一微流道431的第一端4311，其中一第二微流道432I设置于第一微流道431的第二端4312，该多个第二微流道432A～432I的长度由第一微流道431的第一端4311至第一微流道431的第二端4312逐渐缩短，亦即，第二微流道432A的长度最长，第二微流道432I的长度最短，缓冲室44设置于第一微流道431的第一端4311。第三微流道433以参考轴C为中心径向延伸，第三微流道433的其中一端连接该缓冲室44，第三微流道433的另一端连接该检测室45，使检测室45与缓冲室44相连通，缓冲室44连接于一第一排气道441的其中一端，第一排气道441的另外一端连接于一第二排气孔442，第二排气孔442距离参考轴C的距离D3小于缓冲室44距离参考轴C的距离D2。第二排气孔442通过一第二排气道443连接于一第三排气孔444，该第二排气道443设置于卡匣10内部。于本实施例中，该第三排气孔444距离参考轴C的距离与该多个第一排气孔411距离参考轴C的距离相同。第三排气孔444连接于一环形排气室445。在本实施例中，该环形排气室445环绕该参考轴C环设于该第一排气孔411以及第三排气孔444外围。该环形排气室445连接于一第三排气道446的一端，该第三排气道446的另外一端背向该参考轴C延伸连接至废液室46。通过第一排气孔411、第一排气道441、第二排气孔442、第二排气道443、第三排气孔444、环形排气室445、第三排气道446构成本发明的排气结构。

此外，废液室46由一毛细导引U形槽434连接于检测室45，且与第三微流道433相连接。该毛细导引U形槽434包括一第一弧形槽4341、一第二弧形槽4342、一第一连接槽4343以及一第二连接槽4344，该第一弧形槽4341、第二弧形槽4342、第一连接槽4343以及第二连接槽4344分别各自具有相对的两端。第一弧形槽4341的其中一端与检测室45连接，第一弧形槽4341的另外一端朝向卡匣10中心弯折且与第一连接槽4343的其中一端连接。第一连接槽4343朝向卡匣10中心延伸一长度，第一连接槽4343的另外一端与第二弧形槽4342的其中一端连接。第二弧形槽4342的相对两端背向卡匣10中心，第二弧形槽4342具有一凸弧面，该凸弧面朝向参考轴C，且该凸弧面距离参考轴C的距离D1小于缓冲室44距离参考轴C的距离D2。第二弧形槽4342的另外一端连接于第二连接槽4344的其中一端。第二连接槽4344背向卡匣10中心延伸一长度，第二连接槽4344的另外一端与废液室46连接。通过第一弧形槽4341、第一连接槽4343、第二弧形槽4342、第二连接槽4344串接构成一呈现U形结构的毛细导引U形槽434。

在检测室45内多个磁性粒子47，每一磁性粒子47具有磁性吸引性，每一磁性粒子47表面具有一第一标定物，该第一标定物可为具有接合的核酸(DNA或RNA)、蛋白质(protein)、生物标记分子(biomarker)、抗体(antibody)、细胞(cell)及生物分子其中之一。

请参阅图4及图5所示，本发明的载盘20与卡匣10之间设有连结结构，在本实施例中，载盘20中心设有一凸柱21，在凸柱21的一外侧设有一半圆形凸部22，在载盘20周围设有一环凸环23，在凸环23的内侧壁设有一半圆形凸部24，在卡匣10相对应于凸柱21及半圆形凸部22、24的位置设有透空部11及半圆形凹部12、13，将卡匣10嵌设于载盘20上，通过透空部11与凸柱21、半圆形凹部12、13与半圆形凸部22、24相互卡合，可使卡匣10定位于载盘20上。请参阅图2及图3所示，卡匣10与载盘20连接一驱动马达30，驱动马达30具有一驱动轴31，卡匣10与载盘20以驱动轴31作为参考轴C，当驱动马达30作动时，卡匣10与载盘20可以驱动轴31为中心同步转动。必须说明的是，半圆形凹部12、13与半圆形凸部22、24是载盘20与卡匣10之间的连结结构的一实施例，除此之外，卡槽与卡钩、螺栓与螺孔等其他连结结构，均可达到使载盘20与卡匣10同步转动的目的。其次，于检测室45的一侧设有一第一磁性元件60，第一磁性元件60凸出设置于载盘20设有卡匣10之面，于卡匣10对应于第一磁性元件60的位置设有一第一凹槽14，第一磁性元件60嵌设于第一凹槽14中。

请参阅图3、图4及图7所示，本发明的针膜装置50包括一第二密封膜51、多个刺针结构52以及第一致动装置53，第二密封膜51设置且覆盖于卡匣10设有检测室45的一面(亦即卡匣10的顶面)。第二密封膜51与前述第一密封膜421的材质可采用铝膜与压克力胶膜的复合材料、锡箔、铜箔、压克力膜、PC(聚碳酸酯)、PE(聚乙烯)膜、PU(聚氨基甲酸酯)膜、PP(聚丙烯)膜、PEEK(聚醚醚酮)膜及PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜其中之一。多个刺针结构52设置于第二密封膜51，每一刺针结构52对应于一刺针活动室42，每一刺针结构52包括一刺针521以及一可挠性结构522，刺针521朝向卡匣10的一端为尖锥状结构5211，于该尖锥状结构5211的表面设有至少一导槽5212，导槽5212平行于刺针521的轴向延伸一长度。可挠性结构522是一呈圆锥形的筒状结构，可挠性结构522是采用具有可挠性的材质或具有可挠性与弹性的材质。可挠性结构522沿其轴向具有相对的一第一端5221以及一第二端5222，可挠性结构522第一端5221的外径大于可挠性结构522第二端5222的外径，于第二密封膜51相对应于每一刺针活动室42的位置设有孔洞，可挠性结构522的第一端5221连接于孔洞，可挠性结构522的第二端5222凸出于第二密封膜51相对于设有卡匣10的一面，刺针521具有相对两端，刺针521其中一端连接于可挠性结构522的第二端5222，刺针521设有尖锥状结构5211的一端朝向卡匣10。

请参阅图2及图3所示，第一致动装置53的作用在于驱动刺针521移动，本实施例中，第一致动装置53主要包括至少一推杆531、一第一板体532、一第二板体533，由于卡匣10设有三组检测单元40(请参阅图4所示)，因此第一致动装置53设有三支推杆531，该三支推杆531设置于第一板体532的底部，第二板体533设置于第一板体532与刺针结构52之间，于第二板体533对应于每一推杆531的位置设有一套筒534，推杆531穿设于套筒534中，推杆531的一轴向端朝向刺针结构52，而第二板体533固定于支撑结构80的顶部。该推杆531搭配一第一致动器(图中未示出)，由第一致动器下压第一板体532，可同时驱动三支推杆531轴向移动，使推杆531与刺针结构52相对运动，且推杆531可推动刺针521由一第一位置P1(如图7所示刺针521的位置)轴向移动至一第二位置P2(如图11所示刺针521的位置)，当第一致动器上升，推杆531对于刺针521的作用力消除时，若可挠性结构522因塑性变形而无法回复至第一位置P1(如图7所示刺针521的位置)。此时转动卡匣10，在离心力的作用下，密封于刺针活动室42中的工作流体即循尖锥状结构5211的导槽5212排出经由微流道431到达检测室45。另一种可能的情况是：当第一致动装置53上升，推杆531对于刺针521的作用力消除时，可挠性结构522可对刺针521提供一弹力，使刺针521由第二位置P2(如图11所示刺针521的位置)自动复位至第一位置P1(如图7所示刺针521的位置)。此时转动卡匣10，在离心力的作用下，密封于刺针活动室42中的工作流体即循第一密封膜421的破孔排出经由微流道431到达检测室45。关于上述可挠性结构522因塑性变形而无法回复至第一位置P1，以及可挠性结构522可提供弹力使刺针521由第二位置P2自动复位至第一位置P1等二种情况，是视可挠性结构522所采用的材质以及实际操作的情况而定，例如，当第一致动装置53上升，推杆531对于刺针521的作用力消除时，若可挠性结构522是采用具有可挠性的材质，刺针521不会自动复位至第一位置P1，刺针活动室42中的工作流体是循尖锥状结构5211的导槽5212排出经由微流道431到达检测室45；而当可挠性结构522采用具有可挠性与弹性的材质时，由于可挠性结构522可带动刺针521自动复位至第一位置P1，刺针活动室42中的工作流体即循第一密封膜421的破孔排出经由微流道431到达检测室45。换言之，可挠性结构522可以一弹性结构替代之，该弹性结构仅提供塑性变形力且具有弹性回复力。关于第一致动器的种类与型态没有一定限制，例如，可于第一板体532中心顶部设置一手动夹钳，使用手动夹钳下压第一板体532。

请参阅图1至图2以及图8、图9所示，本发明的支撑架结构80包括一基座81、一检测平台82、多个支柱83、多个导杆84、一暗室结构85以及多个固定架86，检测平台82用以承载载盘20，多个支柱83设置于基座81与检测平台82之间，多个支柱83用以支撑检测平台82，多个导杆84与暗室结构85设置于检测平台82设有载盘20之面，暗室结构85用以覆盖载盘20以及设置于载盘20上的卡匣10。暗室结构85连接于该多个导杆84，于本实施例中，该多个导杆84穿设于该暗室结构85，除此之外，也可将导杆84设置于该暗室结构85外部。暗室结构85可沿着导杆84的轴向往复移动，暗室结构85可以电动控制滑移或可设置手把提供使用者手动滑移，使卡匣10被封闭于暗室结构85内或可被显露于暗室结构85外，便于使用者安装或更换卡匣10。于暗室结构85设有至少一光学侦测系统88，该光学侦测系统88包括一激发光源(图中未示出)、一光导纤维接头881以及一光学收光元件882，激发光源用以提供光线，光导纤维接头881用以将光线导入至卡匣10的检测室45(请参阅图4)，光学收光元件882用以侦测穿透光值。每一固定架86设有一第二致动器87，每一第二致动器87连接于一第二磁性元件70，由第二致动器87驱动第二磁性元件70上下往复移动于一第三位置P3(如图8所示第二磁性元件70的位置)以及一第四位置P4(如图9所示第二磁性元件70的位置)之间。于载盘20设有一贯穿孔25，于卡匣10对应于贯穿孔25的位置设有一第二凹槽15，于贯穿孔25与第二凹槽15的位置相对应设有一第二磁性元件70，第二磁性元件70的磁力大于第一磁性元件60的磁力，第二磁性元件70设置于载盘20相对于设有卡匣10的一面(亦即卡匣10的底面)。当第二磁性元件70位于第三位置P3时，第二磁性元件70位于卡匣10下方(如图8所示第二磁性元件70的位置)，当第二磁性元件70上升至第四位置P4(如图9所示第二磁性元件70的位置)时，第二磁性元件70穿设于贯穿孔25并位于第二凹槽15内。

请参阅图1至图3所示，在第二致动器87与检测平台82之间设有一遮光体89，遮光体89用以遮蔽第二致动器87与检测平台82间的缝隙，防止暗室结构85内的光线由暗室结构85漏出。此外，于本实施例中，检测平台82相对应于暗室结构85滑行方向的两侧各设有一第一挡板821，该两第一挡板821相互朝向的侧面相对应于暗室结构85的两侧，具有上宽下窄的阶梯式结构设计，可避免光线由暗室结构85的两侧产生漏光。此外，于暗室结构85滑行方向的一端部设有一第二挡板822，于第二挡板822与暗室结构85之间可设置具有相互吸引力的磁性元件(图中未示出)，使第二挡板822与暗室结构85相吸而固定，如图1所示状态，卡匣10即可在暗室结构85内完成所有免疫分析及光学检测动作。必须说明的是，本发明的暗室结构85的形状与具体结构没有一定限制，能达到将卡匣10封闭于暗室结构85且不致漏光即可。

请参阅图2、图5及图6所示，说明本发明的第一磁性元件60、第二磁性元件70与检测室45的相对关系。本发明的第一磁性元件60固定设置于检测室45的一侧，当第二磁性元件70位于第三位置P3时，第二磁性元件70位于卡匣10下方(如图8所示第二磁性元件70的位置)，第二磁性元件70不会对检测室45内的磁性粒子47产生磁性，而是由第一磁性元件60对设置于检测室45内的磁性粒子47产生磁性，第一磁性元件60可将磁性粒子47吸引聚集并附着于检测室45设有第一磁性元件60的一侧，如图5所示态样。当第二磁性元件70上升至第四位置P4时，第二磁性元件70穿设于贯穿孔25并位于第二凹槽15内，如图9所示第二磁性元件70的位置，且第二磁性元件70位于检测室45相对于设有第一磁性元件60的一侧，由于第二磁性元件70的磁力大于第一磁性元件60的磁力，因此第二磁性元件70对磁性粒子47产生磁性，可将磁性粒子47吸引并附着于检测室45设有第二磁性元件70的一侧，如图6所示态样。当第二磁性元件70再下降至第三位置P3(如图8所示第二磁性元件70的位置)时，第二磁性元件70对磁性粒子47的磁性消减，第二磁性元件70对磁性粒子47的磁力小于第一磁性元件60对磁性粒子47的磁力，磁性粒子47可被第一磁性元件60吸引置检测室45的另一侧，通过第二磁性元件70的往复上下移动，可带动磁性粒子47于检测室45内往复移动。为使磁性粒子47能够更均匀的贴附于检测室45内侧壁的表面，于检测室45靠近第一磁性元件60的一侧设有一第一侧壁451，检测室45靠近第二磁性元件70的一侧设有一第二侧壁452，第一侧壁451以及第二侧壁452为平面。

本发明的第一磁性元件60及第二磁性元件70的磁力可依实际所需不同而设计。请参阅表一所示使用不同尺寸的铷铁硼永久磁铁作为本发明的第一磁性元件60及第二磁性元件70，在不同位置量测得到的磁力数据的具体实施例。

表一 永久磁性元件磁力与距离的量测数据

其中，0mm代表磁铁表面，亦即磁力最大处，随着距离增加，磁力逐渐减小。本发明使用直径8mm x 2mm的铷铁硼永久磁铁作为第一磁性元件60，固定于载盘20上，铷铁硼永久磁铁与磁性粒子的距离约为2.5mm，磁力大小为946高斯(Gauss)，此磁力足以吸引磁性粒子47保持在检测室45的第一侧壁451上；另外，使用直径8mm x 10mm的铷铁硼永久磁铁作为第二磁性元件70，固定于第二致动器87上。当第二磁性元件40升起至第四位置P4(如图9所示第二磁性元件70的位置)时，与磁性粒子47的最近距离约为1.5mm，磁力大小为3050高斯(Gauss)，由于第二磁性元件70的磁力大于第一磁性元件60的磁力，故磁性粒子47会被吸引至检测室45靠近该第二磁性元件70的一侧，亦即，磁性粒子47会由第一侧壁451移动至检测室45的第二侧壁452；当第二磁性元件70下降与磁性粒子47的最近距离超过10mm时，第二磁性元件70的磁力小于270高斯(Gauss)，故磁性粒子47会被第一磁性元件60吸回检测室45的第一侧壁451。

请参阅图1至图4所示，本发明的工作流体被预先密封于卡匣10内，且卡匣10顶面以针膜装置50覆盖，使卡匣10形成一密封结构，工作流体不致于受到污染。将卡匣10送至使用者处且安装于载盘20后，再滑动暗室结构85，使卡匣10被封闭于暗室结构85中。将三支推杆531分别定位于相对应的刺针活动室42，再驱动推杆531向下移动。

请参阅图10至图13所示，说明本发明的针膜装置50的连续作动流程。请参阅图10所示，当推杆531未被致动时，推杆531与刺针结构52之间具有一距离D4，刺针521位于第一位置P1。请参阅图11所示，当推杆531被致动向下推动刺针521时，可使刺针521由图10所示该第一位置P1向下移动至第二位置P2，且当刺针521移动至第二位置P2时，刺针521的尖锥状结构5211可将第一密封膜421刺破，使刺针活动室42与储液室41形成相连通状态，请同时参阅图5及图11，此时，第一排气孔411、多个储液室41、多个刺针活动室42、微流道结构43、缓冲室44、第一排气道441、第二排气孔442、第二排气道443、第三排气孔444、环形排气室445、第三排气道446与废液室46形成通路。配合卡匣10旋转产生的离心力作用，当第一密封膜421被刺破时，工作流体(图11所示虚线箭头)可通过导槽5212的导引流入刺针活动室42。请图12所示，当推杆531上升且脱离刺针521后，刺针521仍会暂时停留于第二位置P2，此时，工作流体仍可持续由导槽5212的导引流入刺针活动室42。请参阅图13所示，推杆531脱离刺针521一段时间之后，通过可挠性结构522的弹性作用，可提供刺针521自动上升至第一位置P1，而第二密封膜51在刺针521压入与脱离过程，不会产生破裂，可防止工作流体在离心过程中外溅。通过卡匣10转动产生的的离心力作用，使工作流体持续由刺针活动室42流向缓冲室44，再进入检测室45。至于工作流体由刺针活动室42流入检测室45的过程中所产生的气体可由第一排气道441(请参阅图5所示)排出。

请参阅图1至图4所示，当工作流体到达检测室45之后，卡匣10停止旋转，驱动第二磁性元件70上下往复移动，通过第一磁性元件60与第二磁性元件70交互的磁力作用，使磁性粒子47于检测室45中来回移动(如图5及图6所示)，磁性粒子47与工作流体均匀混合，磁性粒子47表面的第一标定物可与工作流体进行反应，当混合完毕后，驱动第二磁性元件70停止往复活动，且第二磁性元件70下降至远离磁性粒子47的第三位置P3(如图8所示第二磁性元件70的位置)，磁性粒子47通过第一磁性元件60吸附于检测室45的第一侧壁451。当反应完成后，再驱动卡匣10转动，通过离心力使工作流体经由毛细导引U形槽434排入废液室46并排出卡匣10外，同时，该第三排气道446(显示于图5)可确保工作流体排液时，工作流体可排至废液室46。于排液的过程中，磁性粒子47由于有第一磁性元件60的磁力吸引，因此磁性粒子47不会随着工作流体被排出。重复上述步骤，可依序将不同工作流体送入检测室45，磁性粒子47可依序与不同的工作流体进行混合与反应。关于储液室41、刺针活动室42、第二微流道432A、缓冲室44、第三微流道433、检测室45、毛细导引U形槽434及废液室46截面积的几何结构尺寸，可依所需设计，以调控工作流体充填所需压力的大小。结构尺寸愈小，推动流体所需的压力差愈大，易形成阻档阀的效果；反之，当结构尺寸愈大，推动工作流体所需的压力差愈小，流体愈容易流动。关于卡匣10的转动与停止、卡匣10的转动速率、针膜装置50的刺破位置以及第二磁性元件70的上下往复移动速度与次数，是依所需而设定，并可由处理单元、控制单元或电脑装置自动控制。

请参阅表二所示本发明各执行步骤的具体实验程序表实施例，本实验所使用的磁性粒子为氧化铁纳米磁性粒子，磁性粒子平均粒径为180nm，氧化铁浓度为1.59mg/mL，在检测室内所使用的磁性粒子量为100mg，稀释的侦测抗体浓度为0.5ng/mL。表二显示各程序所使用的工作流体、卡匣转速、卡匣旋转圈数、等待时间、第二磁性元件混合次数、磁性粒子混合时间、排液转速、排液圈数及排液时间等各项详细参数。

表二 本发明免疫离心卡匣各执行步骤的实验程序表

其中，No.1～8代表第一至第八储液槽，每一储液槽封存有所需的工作流体，IO beads-63L代表磁性粒子稀释液，Lysis samples-62L为稀释血液，Ab-62L为侦测抗体稀释液，TMB-62L代表呈色液，Wash-62L为清洗液。

首先，针膜装置刺破第一储液槽的工作流体(IO beads-63L，磁性粒子稀释液)，卡匣转速为2000rpm，旋转圈数为100圈，时间为3秒，经由离心力驱动将第一储液槽的工作流体经由注入检测室，经由毛细力作用，部分磁性粒子稀释液逐渐吸入毛细导引U形槽，等待时间为30秒，再驱动卡匣转动(转速为2000rpm，旋转圈数为1000圈，时间为30秒)，将磁性粒子稀释液(不含磁性粒子)排入废液室。检测室内的磁性粒子在旋转过程中，持续被固定设置的第一磁性元件吸附在检测室侧壁，等待进行与下一工作流体的反应。

接着，针膜装置刺破第二储液槽的工作流体(Lysis samples-62L，稀释血液)，卡匣转速转速为2000rpm，旋转圈数为100圈，时间为3秒，可将第二储液槽的工作流体(Lysis samples-62L，稀释血液)注入检测室。驱动第二磁性元件上下往复活动，次数为30次，时间为10分钟，可达成磁性粒子在工作流体(Lysis samples-62L，稀释血液)内均匀混合的效果。反应完毕后，由离心力执行排液程序(转速为2000rpm，旋转圈数为1000圈，时间为30秒)。同样地，磁性粒子在排液过程中会被保留于检测室内。

其次，依序以针膜装置刺破后续第三至第八储液槽，使表二所示不同工作流体流入检测室，并且驱动检测室内的磁性粒子反复来回移动，可使磁性粒子依序进行反应、清洗与呈色反应，最后由光学侦测系统对检测室内的溶液进行穿透光的判读。

由比耳定律(Beer–Lambert law)：透光度(transmissivity)T＝(I/I_o)，吸光度(absorbance)A＝－log(I/I_o)＝ε*b*c，其中，I为透射光的强度，I_o为入射光的强度。当一束光线照射到一样品溶液时，部分的光线会被样品溶液吸收，剩下的光线则穿透样品溶液。当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度(A)与莫耳吸收系数(molar absorptivity:ε)、光径长(b)和溶液的浓度(c)的乘积成正比。它是分光光度法定量分析的依据。当空样品及高低浓度样品在卡匣进行反应之后，光学侦测系统收集数据如图14所示，溶液中样品浓度(c)与测得透光强度(T)的关系为c＝k*(-logT)，k为一任意常数，高浓度的样品具有较低的透光强度；低浓度的样品具有较高的透光强度，且随循环次数增加，透光强度(T)值渐次降低，可验证本发明确具有可实施性。空样品代表控制组、低浓度样品及高浓度样品分别代表临床糖化血色素值正常与异常的实验组，实施结果请参阅图14。

综上所述，本发明所提出的检体免疫分析检测装置，其是有关于检体免疫分析的流路结构、磁性粒子混合机构与破孔装置，以离心力与毛细力驱动的流路结构，对于检体或受测工作流体中的进行离心依序定量、磁性粒子混合、排液与分析系统及其分析方法、流路结构，可作为免疫或生化检测的载具。特别是经由磁性元件吸引与磁性粒子混合的步骤，使磁性粒子表面的抗体可依序与工作流体的抗原结合、与具有酵素标记的侦测抗体结合，最后与酵素受质水解呈色液混合，反应呈色。

本发明一序列的工作流体被预先密封于卡匣内，待送至使用者处，由针膜装置做刺膜动作，使工作流体流入检测室，接着由磁性粒子依序与不同的工作流体进行混合与反应，达成检体定量呈色的结果。本发明通过微流道结构、离心力、固定的第一磁性元件与活动的第二磁性元件的适当搭配，使磁性粒子在排液时不被工作流体带走，而保留在检测室的侧壁上；待另一工作流体以离心力驱动至检测室后，利用活动磁性元件的接近与远离检测室搭配固定磁性元件，吸引磁性粒子在两侧壁间来回移动，达成磁性粒子与工作流体混合的效果，提高检测良率。

以上所述的仅为本发明的实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，都应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。

Claims (17)

1.一种检体免疫分析检测装置，包含：

卡匣，可以一参考轴为中心进行转动，该卡匣具有至少一组检测单元，该检测单元包括：

多个储液室，每一该储液室储放一种工作流体；

多个刺针活动室，每一该刺针活动室对应于一该储液室，每一该刺针活动室设有第一密封膜，该第一密封膜用以使该刺针活动室与该储液室形成不连通状态；

微流道结构，连通每一该刺针活动室，该微流道结构用以导引该工作流体由该储液室流至该检测室；

缓冲室，连接于该微流道结构；

检测室，与该缓冲室相连通；

废液室，与该检测室相连通；

毛细导引U形槽，连接该检测室与该废液室；及

排气结构，连接于该缓冲室与该多个储液室；

针膜装置，其包括：

第二密封膜，设置且覆盖于该卡匣设有该检测室的一面；

多个刺针结构，设置于该第二密封膜，每一该刺针结构对应于一该刺针活动室，每一该刺针结构包括刺针以及可挠性结构，该可挠性结构提供该刺针由第一位置移动至第二位置；及

第一致动装置，用以驱动该刺针由该第一位置移动至该第二位置，且该刺针由该第一位置移动至该第二位置时，可将该第一密封膜刺破，使该刺针活动室与该储液室形成相连通状态；

多个磁性粒子，设置于该检测室内，每一该磁性粒子具有磁性吸引性，每一该磁性粒子表面具有第一标定物；

至少一第一磁性元件，设置于该检测室的一侧，该第一磁性元件用以对该多个磁性粒子产生磁性，将该多个磁性粒子吸引并附着于该检测室设有该第一磁性元件的一侧；以及

至少一第二磁性元件，可往复移动于第三位置以及第四位置之间，该第二磁性元件的磁力大于该第一磁性元件的磁力，该第二磁性元件位于该第四位置时，该第二磁性元件位于该检测室相对于设有该第一磁性元件的一侧，且该第二磁性元件对该多个磁性粒子产生磁性，将该多个磁性粒子吸引并附着于该检测室设有该第二磁性元件的一侧。

2.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该可挠性结构是一呈圆锥形的筒状结构，该可挠性结构沿其轴向具有相对的第一端以及第二端，该第一端的外径大于该第二端的外径，于该第二密封膜相对应于每一该刺针活动室的位置设有孔洞，该可挠性结构的该第一端连接于该孔洞，该可挠性结构的该第二端凸出于该第二密封膜相对于设有该卡匣的一面，该刺针具有相对两端，该刺针其中一端连接于该可挠性结构的该第二端，该刺针的另一端朝向该卡匣。

3.如权利要求2所述的检体免疫分析检测装置，其中该刺针朝向该卡匣的一端为尖锥状结构，在该尖锥状结构的表面设有至少一导槽，该导槽沿着刺针的轴向延伸一长度。

4.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该第一致动装置包括：

推杆，该推杆的一轴向端朝向该刺针结构；以及

第一致动器，用以驱动该推杆轴向移动，使该推杆与该刺针结构相对运动。

5.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其还包括载盘，该载盘用以承载该卡匣，该载盘与该卡匣之间设有连结结构，使该载盘与该卡匣可同步转动。

6.如权利要求5所述的检体免疫分析检测装置，其中该第一磁性元件凸出设置于该载盘设有该卡匣之面，于该卡匣对应于该第一磁性元件的位置设有一第一凹槽，该第一磁性元件嵌设于该第一凹槽中。

7.如权利要求5所述的检体免疫分析检测装置，其中该载盘相对应于该第二磁性元件的位置设有一贯穿孔，于该卡匣相对应于该第二磁性元件的位置设有一第二凹槽，该第二磁性元件设置于该载盘相对于设有该卡匣的一面，该第二磁性元件位于该第四位置时，该第二磁性元件穿设于该贯穿孔并位于该第二凹槽内。

8.如权利要求5所述的检体免疫分析检测装置，还包括至少一支撑架结构，该支撑架结构包括：

基座；

检测平台，用以承载该载盘；

多个支柱，设置于该基座与该检测平台之间，该多个支柱用以支撑该检测平台；

多个导杆，设置于该检测平台设有该载盘之面；以及

暗室结构，设置于该检测平台设有该载盘之面，该暗室结构连接于该多个导杆，该暗室结构可沿着该导杆的轴向往复移动，该暗室结构用以覆盖该卡匣。

9.如权利要求8所述的检体免疫分析检测装置，其中该支撑架结构还包括至少一固定架，于该固定架设有一第二致动器，该第二致动器连接于该第二磁性元件，该第二致动器用以驱动该第二磁性元件往复移动于该第三位置以及该第四位置之间。

10.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该微流道结构包括：

第一微流道，其具有一弧度，该弧度的圆心与该参考轴偏心设置；以及

多个第二微流道，每一该第二微流道以该参考轴为中心径向延伸，每一该第二微流道具有相对两端，每一该第二微流道的其中一端连接该第一微流道，每一该第二微流道的另外一端连接一该刺针活动室。

11.如权利要求10所述的检体免疫分析检测装置，其中该第一微流道具有相对的第一端以及第二端，其中一该第二微流道设置于该第一微流道的该第一端，其中一该第二微流道设置于该第一微流道的该第二端，该多个第二微流道的长度由该第一微流道的该第一端至该第一微流道的该第二端逐渐缩短，该缓冲室设置于该第一微流道的该第一端。

12.如权利要求10所述的检体免疫分析检测装置，其中该微流道结构还包括第三微流道，该第三微流道以该参考轴为中心径向延伸，该第三微流道的其中一端连接该缓冲室，该第三微流道的另一端连接该检测室。

13.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该多个刺针活动室以该参考轴为中心且环绕该参考轴设置。

14.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该检测室靠近该第一磁性元件的一侧设有第一侧壁，该检测室靠近该第二磁性元件的一侧设有第二侧壁，该第一侧壁以及该第二侧壁为平面。

15.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该毛细导引U形槽包括第一弧形槽、第二弧形槽、第一连接槽以及第二连接槽，该第一弧形槽、第一连接槽、第二弧形槽、第二连接槽串接构成一U形结构，该第一弧形槽的其中一端与该检测室连接，该第二连接槽的其中一端与该废液室连接。

16.如权利要求15所述的检体免疫分析检测装置，其中该第二弧形槽具有一凸弧面，该凸弧面朝向该参考轴，该凸弧面距离该参考轴的距离小于该缓冲室距离该参考轴的距离。

17.如权利要求1所述的检体免疫分析检测装置，其中该排气结构连接于每一该储液室、该废液室以及该缓冲室。