CN105717313A - 生物碟片检测的驱动装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物碟片检测的驱动装置与方法，利用主轴马达由中心孔高速转动生物碟片，结合步进马达转动夹持件的周缘，低速转动生物碟片，并配合分离、混合及检测行程，提供高速、刹车、切换转向及低速等不同的转动模式，以提高生物碟片的检测效率。

Description

生物碟片检测的驱动装置与方法

技术领域

本发明涉及一种生物碟片检测系统，尤其是涉及生物碟片检测系统中的驱动装置，驱动装置转动生物碟片，以利检测生物碟片上承载的生物样本。

背景技术

随着医学技术的发展，快速精密的生物检测技术不断增加。由于生物碟片检测利用光学检测生物微粒，且能同时检测生物碟片上多个生物样本，达到自动迅速分析样本的功能，已成为主要的生物检测技术。

请参考图1，为现有技术美国专利US20030077627的生物碟片检测系统10。生物碟片检测系统10利用控制器11控制主轴马达12转动生物碟片13，生物碟片13上设置多个测试流道14，供装填例如血液等的待测生物样品，及例如荧光或磁珠等特定标记的试剂。并在相对测试流道14的检测槽，设光学读取头15，利用计算机16控制光学读取头15投射光束，照射测试流道14的检测槽，再由光学读取头15及散光接收装置17接收照射过检测点的光束，形成的光信号传送至计算机16进行检测分析。

生物碟片检测系统10进行检测时，首先将待测生物样品的血液及试剂装填入各测试流道14。由控制器11控制主轴马达12高速转动，通过高速转动生物碟片13的离心力，将血液中不同重量的血球(CellularPellet)与血浆(Plasma)分离，并让分离的血浆自动流入检测槽，与试剂进行混合。通过标记血浆中例如病原等微粒，使病原微粒形成带荧光或磁性标志，就可利用检测点中带标志微粒的多寡，作为判断检测结果的依据。因此，在主轴马达12转动预定时间，让血浆与试剂充分混合后，计算机16再控制光学读取头15投射光束，照射测试流道14的检测槽，检测光通量多少，形成强弱的信号，以进行检测分析。

然而，现有技术的生物碟片检测系统10的主轴马达12但是一般驱动马达，虽可高速转动，但因转动惯性，即使控制主轴马达马上变换转向，也无法使生物碟片立即停止转动，尚需等待生物碟片停止转动后才能继续转向转动，不仅难以让生物碟片产生来回摆动，充分混合血浆与试剂有效标志病原，且拖长混合的时间，以致降低检测效率。此外，现有技术的主轴马达无法低转速控制生物碟片的转动角度，以致无法精确的控制检测槽定位，不能检测到正确的光信号，导致降低检测结果的可靠性。因此，生物碟片检测系统在驱动装置与方法上，仍有问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物碟片检测的驱动装置，通过步进马达转动生物碟片的夹持件，低转速精确控制生物碟片转动角度，使生物碟片上的检测槽正确定位，以提高检测的精确性。

本发明另一目的在于提供一种生物碟片检测的驱动装置，利用移动步进马达结合或脱离生物碟片的夹持件，易于更换检测生物碟片，以增加使用的方便性。

本发明再一目的在于提供一种生物碟片检测的驱动方法，利用主轴马达结合步进马达，配合分离、混合及检测行程，提供不同的转动模式，以提高检测效率。

为了达到前述发明的目的，本发明生物碟片检测的驱动装置，将圆盘状的夹持件设在机体，机体中设架体的机芯，主轴马达设在机芯，配合夹持件上下夹住或释放生物碟片的中心孔，且由中心孔驱动生物碟片及夹持件高速转动，生物碟片上设置多个测试流道及检测槽，设在机体的基座，且位于夹持件的周缘，步进马达可移动的固定在基座，且转动与夹持件周缘结合的驱动轮，固定在基座的复位弹簧，一端连接步进马达，压迫步进马达移动驱动轮靠向夹持件周缘，以转动生物碟片。

本发明生物碟片检测的驱动装置的生物碟片，生物碟片上测试流道具有试剂管道及样品管道，供装填待测生物样品及试剂。而步进马达可移动的固定在基座上的滑槽，使驱动轮以皮带轮与夹持件接触结合。或移动步进马达抵抗复位弹簧的弹力，带动驱动轮，顺着滑槽的引导，使驱动轮脱离夹持件的周缘，以释放夹持件。此外，主轴马达利用高速转动生物碟片，以产生离心力，而步进马达以低速转动生物碟片预定角度。

本发明生物碟片检测的驱动方法，首先装填生物样品及试剂，开始进行检测生物碟片，启动主轴马达，利用高速转动模式，进行分离行程，以分离生物样品，关闭主轴马达，并启动步进马达，利用刹车转动模式，进行刹车行程，以停止主轴马达转动，步进马达利用切换转向转动模式，进行混合行程，使生物样品与试剂混合，步进马达再利用低速转动模式，带动生物碟片经过照射的预定位置，进行检测行程，检测光信号，分析检测光信号的强弱，以判断检测结果。

本发明的生物碟片检测的驱动方法，高速转动模式利用高速转动生物碟片，产生离心力。而刹车转动模式，利用与主轴马达相反的转动方向，反向转动步进马达，借助步进马达的转动动力，进行主轴马达的刹车。此外，混合行程切换转向转动模式，快速切换步进马达正负转向，造成生物碟片产生摇摆晃动，以充分混合。而低速转动模式，带动生物碟片转动预定角度，让混合的生物样品与试剂，以预定转速或短暂停留经过照射的预定位置，以检测光信号。

附图说明

图1为现有技术生物碟片检测系统的示意图；

图2为本发明生物碟片检测的驱动装置的上视图；

图3为本发明生物碟片检测的驱动装置结合状态的前视图；

图4为本发明生物碟片检测的驱动装置脱离状态的前视图；

图5为本发明的生物碟片检测系统的功能方块图；

图6为本发明驱动装置的转动模式的示意图；

图7为本发明生物碟片检测的驱动方法的流程图。

符号说明

20驱动装置

21机芯

22主轴马达

23光学读取头

24步进马达

25生物碟片

26测试流道

27试剂管道

28样品管道

29,31入口

30检测槽

32微阀体管道

33导杆

40机体

41夹持件

42基座

43滑槽

44驱动轮

45复位弹簧

50生物碟片检测系统

51控制器

52分析器

具体实施方式

有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举优选实施例，并配合附图加以说明如下。

请同时参阅图2与图3，图2为本发明生物碟片检测的驱动装置20的上视图，图3为本发明生物碟片检测的驱动装置20结合状态的前视图。本发明的驱动装置20，设在机体40中，主要包含机芯21、主轴马达22、及步进马达24。其中机芯21为架体，其上设置主轴马达22，生物碟片25的中心孔套设在主轴马达22的转轴上。由设在机体40的夹持件41配合主轴马达22，随机芯21的升降上下夹住或释放生物碟片25的中心孔。主轴马达22提供动力高速转动夹住的生物碟片25，圆盘状的夹持件41同时随着生物碟片25转动。生物碟片25上设置多个测试流道26，测试流道26具有试剂管道27及样品管道28，供装填待测生物样品及试剂。试剂管道27的入口29设在生物碟片25的内圈侧，末端具有一检测槽30设在生物碟片25的外圈侧。而样品管道28的入口31设在生物碟片25的内圈侧，末端设在生物碟片25的外圈侧，中间利用微阀体管道32连通至检测槽30。

机芯21在相对生物碟片25设测试流道26的检测槽30，设一光学读取头23投射光束照射检测槽30。光学读取头23可利用一对平行设置在机芯21的导杆33引导，在生物碟片25的径向移动调整照射位置。机体40另在夹持件41的周缘外，设置基座42，基座42上配置一滑槽43，滑槽43内可移动的固定步进马达24，步进马达24转动一驱动轮44。步进马达24连接复位弹簧45的一端，受固定在基座42的复位弹簧45的弹力，压迫步进马达24顺着滑槽43移动靠向夹持件41周缘，使驱动轮44与夹持件41周缘结合，以驱动夹持件41转动。其中本实施例的驱动轮44与夹持件41周缘结合方式，虽以皮带轮的驱动轮44与夹持件41接触结合举例，但不限于皮带轮，使用齿轮的结合方式，也可达到本发明的目的。

如图4所示，为本发明生物碟片检测的驱动装置在脱离状态。当检测完成或需要更换生物碟片25进行检测时，移动步进马达24抵抗复位弹簧45的弹力，带动驱动轮44，顺着滑槽43的引导，使步进马达24带着驱动轮44脱离夹持件41的周缘，以释放夹持件41，让夹持件41在不受拘束下，配合机芯21的移动，进行更换生物碟片25，其中机芯21移动更换生物碟片25为现有技术，非本发明申请的技术特征所在，不予赘述。更换生物碟片25后，松开步进马达24，让步进马达24复位弹簧45的弹力，压迫步进马达24顺着滑槽43移动靠向夹持件41周缘，如图3使驱动轮44与夹持件41周缘结合，以利步进马达24经由夹持件41转动生物碟片25。

请再同时参考图2至图6，图5为本发明的驱动装置20应用在生物碟片检测系统50，图6为本发明驱动装置20的转动模式的示意图。图5中生物碟片检测系统50利用控制器51控制驱动装置20中的主轴马达22与步进马达24的转动，以及控制光学读取头23的移动。并利用控制器51控制分析器52分析光学读取头23接收的光信号，以判断检测结果。

当本发明生物碟片检测系统50进行检测生物品时，如图4所示，移动步进马达24抵抗复位弹簧45的弹力，带动驱动轮44，顺着滑槽43的引导，使步进马达24带着驱动轮44脱离夹持件41的周缘，释放夹持件41，以安装新的检测生物碟片25。如图2所示，更换生物碟片25后，放开步进马达24，让复位弹簧45的弹力，挤压驱动轮44接触夹持件41周缘。本实施例以生物样品为血液为例，将血液注入样品管道28的入口31，而试剂注入试剂管道27的入口29。

接着由控制器51控制启动主轴马达22，利用高速转动模式，在图6主轴马达22加速至预定高速，转动生物碟片25产生离心力，以进行分离行程。分离行程中让位于生物碟片25内圈侧的血液及试剂，受到离心力作用分别顺着样品管道28与试剂管道27，流向生物碟片25的外圈侧，使试剂进入检测槽30，而血液中的血球因重于血浆，离心力作用使血球与血浆产生分离，且让血浆进入样品管道28的末端，血浆则被迫停留在样品管道28中段，并续受离心力作用，打开微阀体管道32进入检测槽30，与已进入检测槽30的试剂产生混合，使血浆中例如病原等特定的微粒形成标志。

在分离行程中，主轴马达22以高速转动模式转动预定时间，充分分离血液中的血球与血浆后。接着控制器51关闭主轴马达22，并启动步进马达24带动驱动轮44，利用刹车转动模式，进行刹车行程。刹车行程中，主轴马达22一关闭，生物碟片25受惯性继续转动，一旦步进马达24启动，利用与主轴马达22相反的转动方向，反向转动步进马达24，借助步进马达24的转动动力，进行主轴马达22的刹车。步进马达24经驱动轮44阻止夹持件41转动，刚性材料的夹持件41可直接传递步进马达24的反向转动动力，快速停止生物碟片25转动，以缩短等待生物碟片25停止转动的时间。

然后步进马达24利用快速切换转向的特性，利用切换转向的转动模式，以进行混合行程。混合行程中，图6中步进马达24快速切换正负转向，经由刚性材料的夹持件41传递动力，使生物碟片25来回摆动，造成生物碟片25上的检测槽30产生激烈的摇摆晃动，让检测槽30原在分离行程中仅受离心力未完全混合的试剂与血浆，达到充分的混合，以完全标志血浆中的病原微粒。

在步进马达24进行混合行程预定时间，让血浆与试剂充分混合后，最后步进马达24利用低速转动模式，进行检测行程。在检测行程中，步进马达24以较低的转速，经由驱动轮44转动夹持件41，带动生物碟片25精确转动预定角度，使各检测槽30以预定转速或短暂停留经过预定位置，同时控制器51控制光学读取头23投射光束照射检测槽30，且沿着导杆33径向移动调整光学读取头23的位置，使光学读取头23得以照射检测槽30预定位置。光学读取头23并依据接收检测槽30的反射光的强弱形成信号，传输至分析器52进行分析，以正确判断检测结果。

如图7所示，为本发明生物碟片检测的驱动方法的流程图。本发明生物碟片检测的驱动方法的详细步骤如下:首先在步骤S1，在生物碟片装填生物样品及试剂，开始进行检测生物碟片；步骤S2，启动主轴马达，利用高速转动模式转动生物碟片，进行分离行程，以分离生物样品；再进入步骤S3，在高速转动模式转动预定时间后，关闭主轴马达，并启动步进马达，利用剎车转动模式，借助步进马达的转动动力，进行刹车形程以停止主轴马达转动；步骤S4，在主轴马达刹车后，步进马达利用切换转向转动模式，快速切换正负转向，进行混合行程，使生物样品与试剂完全混合；接着在步骤S5，在进行混合行程预定时间后，步进马达利用低速转动模式，进行检测行程，带动生物碟片精确转动预定角度，让混合的生物样品与试剂，以预定转速或短暂停留经过光学读取头照射的预定位置，以检测光信号；然后在步骤S6，分析生物碟片检测光信号的强弱，以判断检测结果。

由前述的说明，本发明的生物碟片检测的驱动装置，就可通过步进马达结合或脱离夹持件，以便更换检测生物碟片，且经由夹持件转动生物碟片，低转速精确控制生物碟片转动角度，使生物碟片上的检测槽正确定位，达到提高检测的精确性的目的。此外，本发明生物碟片检测的驱动方法，利用主轴马达结合步进马达，配合分离、混合及检测行程，提供高速、刹车、切换转向及低速等不同的转动模式，达到提高检测效率的目的。

以上所述者，仅为用以方便说明本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该多个优选实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，都属本发明申请专利的范围。

Claims (15)

1.一种生物碟片检测的驱动装置，设在一机体中，包含：

夹持件，为圆盘状，且设在机体；

机芯，为架体；

主轴马达，设在该机芯，配合夹持件上下夹住或释放生物碟片的中心孔，且由该中心孔驱动该生物碟片及该夹持件高速转动，该生物碟片上设置多个测试流道及检测槽；

基座，设在机体，且在该夹持件的周缘；

步进马达，可移动的固定在该基座，且转动一驱动轮，该驱动轮与该夹持件周缘结合，以转动该生物碟片；

复位弹簧，固定在该基座，一端连接该步进马达，压迫该步进马达移动该驱动轮靠向该夹持件周缘。

2.如权利要求1所述的生物碟片检测的驱动装置，其中该测试流道具有试剂管道及样品管道，供装填待测生物样品及试剂。

3.如权利要求1所述的生物碟片检测的驱动装置，其中该驱动轮以皮带轮与该夹持件接触结合。

4.如权利要求2所述的生物碟片检测的驱动装置，其中该基座上配置一滑槽，步进马达可移动的固定在滑槽。

5.如权利要求4所述的生物碟片检测的驱动装置，其中该步进马达移动抵抗该复位弹簧的弹力，带动该驱动轮，顺着该滑槽的引导，使该驱动轮脱离该夹持件的周缘，以释放该夹持件。

6.如权利要求1所述的生物碟片检测的驱动装置，其中该主轴马达高速转动该生物碟片，以产生离心力。

7.如权利要求1所述的生物碟片检测的驱动装置，其中该步进马达以低速转动该生物碟片。

8.一种生物碟片检测的驱动方法，其步骤包含:

装填生物样品及试剂，开始进行检测生物碟片；

启动主轴马达，利用高速转动模式，进行分离行程，以分离生物样品；

关闭该主轴马达，并启动步进马达，利用刹车转动模式，进行刹车行程，以停止该主轴马达转动；

该步进马达利用切换转向转动模式，进行混合行程，使生物样品与试剂混合；

该步进马达利用低速转动模式，带动生物碟片经过照射的预定位置，进行检测行程，以检测光信号；

分析检测光信号的强弱，以判断检测结果。

9.如权利要求8所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该高速转动模式利用高速转动生物碟片，产生离心力。

10.如权利要求8所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该高速转动模式转动预定时间后，进行该刹车行程。

11.如权利要求8所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该刹车转动模式，借助步进马达的转动动力，停止主轴马达转动。

12.如权利要求11所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该刹车转动模式利用与主轴马达相反的转动方向，反向转动步进马达，进行主轴马达的刹车。

13.如权利要求8所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该切换转向转动模式，快速切换该步进马达正负转向，造成该生物碟片产生摇摆晃动。

14.如权利要求8所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该混合行程在进行预定时间后，进行检测行程方法。

15.如权利要求8所述的生物碟片检测的驱动方法，其中该低速转动模式，带动生物碟片转动预定角度，让混合的生物样品与试剂，以预定转速或短暂停留经过照射的预定位置，以检测光信号。