CN103913582B - 微流体混合装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微流体混合装置及其方法，其方法包含有：提供一离心力驱动一工作流体，以流入一具有磁性粒子的定量检测室；一第二磁性体带动一第一磁性体远离该定量检测室；一转动单元以一断续性正逆旋转，驱动该磁性粒子与该工作流体，于该定量检测室内混合；该第二磁性体带动该第一磁性体接近该定量检测室，以将该磁性粒子吸引至该定量检测室的一侧；该转动单元提供一离心力，使该工作流体进入一废液收集区；以及以一侦测单元侦测该定量检测室中的该工作流体，以进行一光学判读。

Description

微流体混合装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种微流体混合装置及其方法。

背景技术

微流体系统，其于各个单元中执行各种反应，以分析或处理一生物样品溶液，现今以一密封碟盘作为该微流体系统，该微流体系统使用一离心力与磁性粒子，以执行所期望的任务。

该生物样品中具有一目标生物材质能够与该磁性粒子的表面官能基结合，以使该目标生物材质与该生物样品相分离，然后再将磁性粒子与该目标生物材质相分离。

上述的检测方式，其用多个磁力，以使磁性粒子与生物样品（以下称为检测流体）结合，再使检测流体与磁性粒子分离，故进行微流体检测的装置中需要装设多个磁铁，方能提供上述的磁力，但多个磁铁具有相当的重量，该重量造成该装置于运转时的不顺适。

另外，多个磁铁具有相当的磁力，该磁力会影响提供离心力的马达的运转。并且现有的磁性粒子与流体混合的方式不易使磁性粒子均匀分散于流体之中，故使得混合效率不佳。

如上所述，于现有的装置中如何减少磁铁的数量与重量，并且使磁铁不影响马达或装置的运作，以及如何使磁性粒子在流体中均匀分散，就有可以讨论的空间。

发明内容

于一实施例，本发明的技术手段在于提供一种微流体混合装置，其包含有：

一卡匣单元，其具有：至少一储存槽区，其设于该卡匣单元的一面，该储存槽区具有多个储存槽与多个微针活动室，各微针活动室位于该卡匣单元的另一面，各微针活动室与各储存槽之间具有一微针针孔，以使各微针活动室与各储存槽相通；至少一定量检测室，其相邻于该储存槽区，该定量检测室相通该储存槽区；以及至少一废液收集区，其设于该卡匣单元的边缘，并且相通于该定量检测室；以及

一卡匣载台，其供该卡匣单元设置。

于一实施例，本发明提供一种微流体混合装置，其包含有：

一卡匣单元，其具有：至少一储存槽区，其设于该卡匣单元的一面，该储存槽区具有多个储存槽与多个微针活动室，各微针活动室位于该卡匣单元的另一面，各微针活动室与各储存槽之间具有一微针针孔，以使各微针活动室与各储存槽相通；至少一定量检测室，其相邻于该储存槽区，该定量检测室相通该储存槽区，该定量检测室中具有磁性粒子；以及至少一废液收集区，其设于该卡匣单元的边缘，并且相通于该定量检测室；以及

一卡匣载台，其供该卡匣单元设置，该卡匣载台具有至少一滑槽，该滑槽中具有一磁性体。

于一实施例，本发明提供一种微流体混合方法，其包含有：

提供一离心力驱动一工作流体，以流入一具有磁性粒子的定量检测室；

一第二磁性体带动一第一磁性体远离该定量检测室；

一转动单元以一断续性正逆旋转，驱动该磁性粒子与该工作流体，于该定量检测室内混合；

该第二磁性体带动该第一磁性体接近该定量检测室，以将该磁性粒子吸引至该定量检测室的一侧；

该转动单元提供一离心力，使该工作流体进入一废液收集区；以及

以一侦测单元侦测该定量检测室中的该工作流体，以进行一光判读。

附图说明

图1为本发明的一种微流体混合装置的一卡匣单元的第一实施例的立体外观图；

图2为本发明的卡匣单元的仰视示意图；

图3为本发明的微流体混合装置的一卡匣载台的第一实施例的俯视示意图；

图4为本发明的卡匣载台的立体示意图；

图5、图6为本发明的磁性体的一实施例的动作示意图；

图7为本发明的一种微流体混合方法的流程示意图。

主要元件符号说明

1卡匣单元

10储存槽区

100储存槽

101微针活动室

102微针针孔

103流道

11定量检测室

110缓冲室

111突槽

12第一排气渠道

120第一气体流道

121排气孔

13第二排气渠道

130第二气体流道

14废液收集区

140第一排气室

141第二排气室

142废液收集室

143导引槽

144第三气体流道

145第一排液流道

146第二排液流道

147排气流道

2卡匣载台

20卡匣单元容槽

21滑槽

210延伸槽

211视窗

22磁性体

23辅助磁性体

50第一磁性体

51第二磁性体

52磁性粒子

S1至S步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域中具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容，轻易地了解本发明。

请配合参考图1及图3所示，本发明是一种微流体混合装置的第一实施例，其包含有一卡匣单元1与一卡匣载台2。

请配合参考图1及图2所示，卡匣单元1为一圆盘体，卡匣单元1具有至少一储存槽区10、至少一定量检测室11、一第一排气渠道12、一第二排气渠道13与至少一废液收集区14。

储存槽区10设于卡匣单元1的一面，于本实施例中，该储存槽区10的数量为至少3个，该些储存槽区10以卡匣单元1的中心为一圆心，而成一等角分布。

该储存槽区10具有多个储存槽100与多个微针活动室101。

各储存槽100为一近似水滴型的槽体，举例而言，该储存槽100的数量为9个，则能够以一第一储存槽至一第九储存槽说明，该数量能够随着不同测试，而予以增减。

各微针活动室101设于卡匣单元1的另一面，各微针活动室101相邻各储存槽100，各微针活动室101与各储存槽100之间具有一微针针孔102，以使各微针活动室101与各储存槽100相通，各微针活动室101朝向卡匣单元1的边缘处，各微针活动室101进一步具有一流道103，该些流道103相通。

各定量检测室11相邻于该储存槽区10，举例而言，该些定量检测室11与以该卡匣单元1的中心为一圆心，而成一等角分布，各定量检测室11进一步具有一缓冲室110，缓冲室110相通流道103。

各定量检测室11进一步具有一突槽111，该突槽111相通各定量检测室11。

第一排气渠道12与第二排气渠道13分别为一环状渠道，第一排气渠道12与第二排气渠道13分别设于卡匣单元1具有微针活动室101的一面，第一排气渠道12与第二排气渠道13位于卡匣单元1的中心与微针活动室101之间。

第一排气渠道12与第二排气渠道13之间具有多个第一气体流道120，该些第一气体流道120使第一排气渠道12与第二排气渠道13相通，各第一气体流道120进一步具有一排气孔121。

第二排气渠道13与流道103之间具有一第二气体流道130，第二气体流道130使第二排气渠道13与流道103相通。

废液收集区14设于卡匣单元1的边缘，并且各废液收集区14相邻于各微针活动室101，举例而言，该些废液收集区14以该卡匣单元1的中心为一圆心，而成一等角分布。

各废液收集区14进一步具有一第一排气室140、一第二排气室141、多个废液收集室142。

第一排气室140相邻于定量检测室11，并且第一排气室140与定量检测室11之间具有一导引槽143，导引槽143使第一排气室140与定量检测室11相通，导引槽143为一具毛细作用的U型槽。

第二排气室141相邻于第一排气室140，第二排气室141与第二排气渠道13之间具有一第三气体流道144，第三气体流道144使第二排气室141与第二排气渠道13相通。

废液收集室142相邻于第二排气室141、第一排气室140与卡匣单元1的边缘。

各废液收集室142与第一排气室140之间具有一第一排液流道145，第一排液流道145使废液收集室142与第一排气室140相通。

各废液收集室142之间具有一第二排液流道146，第二排液流道146使各废液收集室142相通。

废液收集室142与第二排气室141之间具有至少一排气流道147，排气流道147使废液收集室142与第二排气室141相通。

请配合参考图3及图4所示，卡匣载台2的一面具有一卡匣单元容槽20，卡匣单元容槽20可供卡匣单元1设置。

卡匣载台2还具有至少一滑槽21，举例而言，滑槽21的数量等同定量检测室11的数量，其外型可为弧线。

各滑槽21的两端朝向该卡匣单元容槽边缘处延伸的方向分别具有一延伸槽210，而使各滑槽21形成一近似ㄇ型的槽，各滑槽21还具有一选择性的视窗211，该视窗211可设置或未设置，该视窗211用于观察下述的磁性体22于滑槽21中的位置，各视窗211为一近似ㄟ型的孔，并且各视窗211的一端延伸至其一延伸槽210中，并且该延伸槽210相对于各定量检测室11。

一磁性体22设于各滑槽21。在一实施例中，磁性体22的外型可为一扁平圆柱体；滑槽21的槽宽略大于磁性体22的直径，通过滑槽21的限制，以供磁性体22于滑槽21中进行平面移动。

二选择性的辅助磁性体23设于卡匣载台2，并且分别设置于卡匣单元容槽20边缘处与二延伸槽210之间，用以将磁性体22磁吸于延伸槽210靠近卡匣单元容槽20边缘处的一端。

该磁性体22与该辅助磁性体23能够为一磁性物质或一导磁物质，如磁铁或能够磁性所吸引的物质。

当卡匣单元1设置于卡匣单元容槽20中时，滑槽21的其中一端以及对应的其中一延伸槽210相对紧邻定量检测室11，而滑槽21的另外一端以及对应的另外一延伸槽210相对远离定量检测室11。

请配合参考图5及图6所示，本发明第三实施例的动作示意图。

微流体混合装置除包括至少一第一磁性体50(相当于前述的磁性体22)与设置于定量检测室11内的磁性粒子52，还可包括至少一第二磁性体51与一设置于卡匣载台2外部的双轴移动平台(图中未示)，双轴移动平台带动第二磁性体51进行二维移动，进而以磁性吸引第一磁性体50于滑槽21中进行平面移动以进入或离开延伸槽210。双轴移动平台例如可由气压缸或马达等所组成。

至少一第一磁性体50(相当于前述的磁性体22)可移动地设于卡匣载台的一侧。

当双轴移动平台带动第二磁性体51往底端(接近卡匣载台垂直方向)移动时，第一磁性体50受到第二磁性体51的磁性所吸引。

如图5所示，当第一磁性体50移动至卡匣载台的一侧时，受到第一磁性体50的磁性所吸引的磁性粒子52朝向第一磁性体50方向聚集。

第二磁性体51可通过双轴移动平台带动以移动地设于卡匣载台的一端，该端能够为一顶端(远离卡匣载台垂直方向)或一底端(接近卡匣载台垂直方向)。

如图6所示，当双轴移动平台带动第二磁性体51朝向远离卡匣载台水平方向移动时，受到第二磁性体51的磁性所吸引的第一磁性体50朝向远离卡匣载台方向平面移动。

如图6所示，若双轴移动平台带动第二磁性体51朝向接近卡匣载台水平方向移动时，受到第二磁性体51的磁性所吸引的第一磁性体50朝向接近卡匣载台方向平面移动。

请配合参考图7所示，本发明是一种微流体混合方法，其具有：

步骤S1，举例而言，如图1及图2所示，各储存槽区10具有第一至第九储存槽100，各储存槽100依序储存有以一密封膜封存的工作液体，该工作液体可为具有抗体的磁性粒子稀释液、测试液体（如稀释血液）、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。

如图1所示，若干磁性粒子设置于至少一定量检测室11中，或者若干磁性粒子能够于下述的混合过程前加入定量检测室11中。

一刺膜单元透过微针针孔102，以刺破位于第一储存槽100的密封膜，而使工作流体得以流出，举例而言，该工作流体为磁性粒子稀释液。

在此步骤中，磁性粒子52受到第一磁性体50的磁性所吸引而聚集。如图5所示，于一实施例中，当第一磁性体50(相当于前述的磁性体22)位于卡匣载台的一侧时，受到第一磁性体50的磁性所吸引的磁性粒子52朝向第一磁性体50方向聚集，并吸引至定量检测室11的一侧，例如是突槽111中。于一实施例中，第一磁性体50留滞于相对紧邻定量检测室11的延伸槽210中，并受到辅助磁性体23的磁力吸引固定。

于一实施例中，延伸槽210自滑槽21朝向该卡匣单元容槽边缘处延伸的长度约等于或大于磁性体22(亦即第一磁性体50)的直径的1/2，如无上述的辅助磁性体23，则延伸槽210的长度也可将磁性体22停留于该处。

步骤S2，转动单元提供一离心力驱动工作流体，以流入一具有磁性粒子的定量检测室。

于一实施例中，转动单元例如可为旋转马达，耦接于卡匣载台2，通过旋转以提供一离心力驱动该工作流体，而使该工作流体流入定量检测室，该转动单元的转速为1000至2500rpm，旋转圈数为90至3000圈，时间为2至3000秒，较佳为转速为2000rpm，旋转圈数为100圈，时间为3秒，该工作流体的体积为61～65μl，较佳为63μl。

如图2所示，该磁性粒子稀释液经过流道103，以及缓冲室110的缓冲，而流入定量检测室11中，以与该些磁性粒子混合，因导引槽143具有毛细作用，故部分的磁性粒子稀释液会被吸入导引槽143中。

在此步骤中，磁性粒子52仍受到第一磁性体50的磁性所吸引而聚集。

步骤S3，第二磁性体51带动第一磁性体50远离定量检测室11。

于一实施例中，如图7所示，双轴移动平台带动第二磁性体51往底端(接近卡匣载台垂直方向)移动并朝向远离卡匣载台水平方向移动时，受到第二磁性体51的磁性所吸引的第一磁性体50(亦即磁性体22)朝向远离卡匣载台方向平面移动，此时定量检测室11内的磁性粒子52因来自于第一磁性体50的磁力被移除或减弱而无法保持聚集的状态。于一实施例中，通过第二磁性体51于水平方向的移动，第一磁性体50受到第二磁性体51的吸引并克服辅助磁性体23的磁吸，而离开相对紧邻定量检测室11的延伸槽210，并进入滑槽21中，第一磁性体50留滞于相对远离定量检测室11的延伸槽210中，并受到辅助磁性体23的磁力吸引固定。

步骤S4，转动单元以一断续性正逆旋转，驱动磁性粒子52与工作流体，于定量检测室11内混合。

于一实施例中，转动单元以一断续性正逆旋转，驱动磁性粒子稀释液与磁性粒子混合此时定量检测室11内的磁性粒子52因来自于第一磁性体50的磁力被移除或更为减弱，而使该些磁性粒子能够与磁性粒子稀释液充分混合均匀。

步骤S5，第二磁性体51带动第一磁性体50接近定量检测室11，以将磁性粒子52吸引至该定量检测室11的一侧。于一实施例中，如图6所示，双轴移动平台带动第二磁性体51朝向接近卡匣载台方向水平移动时，受到第二磁性体51的磁性所吸引的第一磁性体50朝向接近卡匣载台方向平面移动。

如图5所示，当第一磁性体50移动至接近卡匣载台的一侧时，受到第一磁性体50的磁性所吸引的磁性粒子52朝向第一磁性体50方向聚集，并至下述的S6或S7。

于一实施例中，如图4所示，磁性粒子52被第一磁性体50吸引至定量检测室11的一侧，如突槽111中，若该卡匣载台2具有辅助磁性体23，第一磁性体50(亦即磁性体22)受到辅助磁性体23的吸引，而留滞于相邻于定量检测室11的位置。

于一实施例中，第一磁性体50先受到第二磁性体51的吸引并克服辅助磁性体23的磁力吸引，而离开相对远离定量检测室11的延伸槽210，并进入滑槽21中。而后继续通过第二磁性体51于水平方向的移动，以带动第一磁性体50由滑槽21进入并留滞于相对紧邻定量检测室11的延伸槽210中。

步骤S6，转动单元提供一离心力，使工作流体进入一废液收集区。

于一实施例中，如图2所示，等待一时间，该等待时间为30秒，转动单元再通过旋转以提供一离心力，而将磁性粒子稀释液排入废液收集区14，并重复上述的S1至S5，该转动单元的转速为1800至6000rpm，旋转圈数为90至3000圈，时间为25至35秒，较佳为转速为2000pm，旋转圈数为100圈，时间为30秒。

上述的S5与S6可如上述的说明依序进行，或者S5与S6能够同时进行。

承上所述，于一实施例中，如图2所示，刺膜单元刺破位于第二槽100的密封膜，并且转动单元提供一离心力，以使另一工作流体得以流入定量检测室11中，并与磁性粒子充分混合，该混合方式与各实施例中的排气方式与磁性体的移动方式可见于上述的S1至S5中，故不再赘述。

承上所述，举例而言，该转动单元的转速为2000rpm，旋转圈数为100圈，时间为3秒，该工作流体能够为一测试液体，如稀释血液，该工作流体的体积为60～64μl，较佳为62μl。

转动单元再提供一离心力，以使该工作流体流入废液收集区中；再回到S1，并重复S1至S6的步骤，且依序刺破第三储存槽至第七储存槽，而使各槽的工作流体能够流入定量检测室中，并与磁性粒子混合后，再排出定量检测室，第三储存槽、第四储存槽、第六储存槽与第七储存槽的工作流体为一清洗液，该清洗液用于清洗磁性粒子与该定量检测室，第五储存槽的工作流体为侦测抗体稀释液。

于一实施例中，当磁性粒子稀释液排入废液收集区14时，磁性粒子稀释液先进入第一排气室140，再由第一排液流道145、第二排液流道146流入各废液收集室142，各废液收集室142的空气经由排气流道147流入第二排气室141。

位于第二排气室141的空气由第三气体流道144流至第二排气渠道13、第一气体流道120与第一排气渠道12，并由排气孔121排出至外部。

如图4所示，于一实施例中，于工作液体排入废液收集区14时，磁性体22位于相邻于定量检测室11的延伸槽210中；若无延伸槽210，则磁性体22移动至相邻于定量检测室11。

步骤S7，承上述的S5，刺膜单元刺破第八储存槽的密封膜，并使工作流体流入定量检测室中，而与磁性粒子充分混合，该工作流体的流入方式与混合方式如上述的步骤所述，待混合完毕后，磁性体将磁性粒子吸引至定量检测室的一侧，如S3所述，但于此步骤中，工作液体未排出定量检测室，一侦测单元侦测定量检测室中的工作流体，以进行一光判读，该光判读能够为一吸收光判读、一荧光判读或一冷光判读。若增加一第九储存槽的试剂反应终止液，可进行终止免疫试剂呈色反应后，稳态的光学分析。

承上所述，本发明是一种能够广泛地应用于密闭式或开放式反应空间（定量检测室）的混合机构与方法，其利用可移动式的磁性体，于需要磁力时方使该磁性体移动，并于分散磁性粒子时停用，并配合一转动单元，以使反应空间产生正转或逆转的往复运动，于惯性与角速度作用，而使该些磁性粒子能够均匀分散于反应空间，以提升反应效率。

另外，本发明于有限的磁性体的情况下，以减轻磁性体的重量与数量，并使磁性体的磁力无法影响转动单元的运作。

以上所述的具体实施例，仅用于例释本发明，而非用于限定本发明的可实施范畴，于未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为所述的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种微流体混合装置，其包含有：

卡匣单元，其具有：

至少一储存槽区，其设于该卡匣单元的一面，该储存槽区具有多个储存槽与多个微针活动室，各微针活动室位于该卡匣单元的另一面，各微针活动室与各储存槽之间具有一微针针孔，以使各微针活动室与各储存槽相通；

至少一定量检测室，其相邻于该储存槽区，该定量检测室相通该储存槽区，该定量检测室中具有磁性粒子；以及

至少一废液收集区，其设于该卡匣单元的边缘，并且相通于该定量检测室；以及

卡匣载台，其供该卡匣单元设置，该卡匣载台具有至少一滑槽，该滑槽中具有一第一磁性体，该第一磁性体可移动地设于该卡匣单元的一侧。

2.如权利要求1所述的微流体混合装置，其还具有至少一第二磁性体，该第二磁性体可移动地设于该卡匣单元的顶端或底端。

3.如权利要求1所述的微流体混合装置，其中各废液收集区还具有第一排气室、第二排气室、多个废液收集室；该第一排气室相邻于该定量检测室，并且该第一排气室与该定量检测室之间具有导引槽；该第二排气室相邻于该第一排气室；该废液收集室相邻于该第二排气室、该第一排气室与该卡匣单元的边缘，该废液收集区与该第一排气室之间具有第一排液流道，各废液收集室之间具有第二排液流道，该废液收集室与该第二排气室之间具有至少一排气流道。

4.如权利要求3所述的微流体混合装置，其中该导引槽为一具毛细作用的U型槽。

5.如权利要求3所述的微流体混合装置，其中该卡匣单元还具有第一排气渠道与第二排气渠道；该第一排气渠道与该第二排气渠道分别设于该卡匣单元的一面，该第一排气渠道与该第二排气渠道位于该卡匣单元的中心与该微针活动室之间；该第一排气渠道与该第二排气渠道之间具有多个第一气体流道，该些第一气体流道使该第一排气渠道与该第二排气渠道相通；该第二排气室与该第二排气渠道之间具有一第三气体流道。

6.如权利要求5所述的微流体混合装置，其中各第一气体流道具有一排气孔。

7.如权利要求5所述的微流体混合装置，其中各微针活动室还具有一流道，该些流道相通，各定量检测室还具有一缓冲室，该缓冲室相通该些流道，该些流道与该第二排气渠道之间具有一第二气体流道。

8.如权利要求1所述的微流体混合装置，其中该储存槽区的数量为一奇数；该定量检测室的数量等同该储存槽区；该废液收集区的数量等同该储存槽区；该些储存槽区、该些定量检测室与该废液收集区以该卡匣单元的中心为一圆心，而成一等角分布。

9.如权利要求1所述的微流体混合装置，其中各废液收集区具有排气室与多个废液收集室，排气室相邻于定量检测室，该排气室与该定量检测室之间具有一导引槽，该排气室与各废液收集室之间具有多个排气流道，各废液收集室之间具有至少一排液流道。

10.如权利要求9所述的微流体混合装置，其中该导引槽为一具毛细作用的U型槽。

11.如权利要求1所述的微流体混合装置，其中该卡匣载台的一面具有一卡匣单元容槽，该卡匣单元容槽可供该卡匣单元设置。

12.如权利要求1所述的微流体混合装置，其中该滑槽的至少一端朝向该卡匣单元容槽边缘处延伸的方向具有一延伸槽。

13.如权利要求12所述的微流体混合装置，其中该滑槽为一近似ㄇ型的槽，各滑槽还具有一视窗。

14.如权利要求13所述的微流体混合装置，其中该视窗为一近似ㄟ型的孔。

15.如权利要求12所述的微流体混合装置，其还具有至少一辅助磁性体，该辅助磁性体设于该卡匣载台，并且设置于该卡匣单元容槽边缘处与该延伸槽之间。

16.如权利要求15所述的微流体混合装置，其还具有至少一第二磁性体，该第二磁性体可移动地设于该卡匣单元的顶端或底端。