TW201344193A - 檢體免疫分析檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

一種檢體免疫分析檢測裝置，包含卡匣、針膜裝置、複數磁性粒子、至少一第一磁性元件及至少一第二磁性元件，卡匣具有至少一組檢測單元，檢測單元包括複數儲液室、複數刺針活動室、微流道結構、緩衝室、檢測室及廢液室，針膜裝置包括第二密封膜、複數刺針結構及第一致動裝置，第一致動裝置驅動刺針結構使工作流體流入檢測室，磁性粒子設置於檢測室內，第二磁性元件之磁力大於第一磁性元件之磁力，第二磁性元件可於一第三及一第四位置間往復移動，由第二磁性元件往復移動驅動磁性粒子於檢測室內往復移動，使磁性粒子與工作流體充分混合。

Description

檢體免疫分析檢測裝置
本發明係有關於一種檢體免疫分析檢測裝置，尤指一種設置有針膜裝置，可使磁性粒子與工作流體充分混合之檢體免疫分析檢測裝置。
免疫分析法是一種以抗體做微生物化學檢測器對化合物、酶或蛋白質等物質進行定性和定量分析的技術，能用於藥物快速檢測，主要有螢光免疫測定技術、放射免疫測定技術及酵素連結免疫吸附分析法(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)等方法。
酵素連結免疫吸附分析法以抗原及抗體間特異性鍵結為原理，用以檢測及初步定量特定之抗原或抗體。抗原或抗體的固相化及抗原或抗體的酵素標記，根據酵素反應受質顯色的深淺進行定性或定量分析。
以微結構作為生化反應的反應槽，以實現小量、多樣與反應迅速等特徵，是實驗室晶片(Lab-on-a-chip)發展的目的，習知微流體驅動力的選擇有毛細力、氣動推力、真空吸力、離心力等。離心力具有載具設計簡單、力量大與所需空間小等特性，血液分析前，常以離心力分離血球與血漿。。
習知離心力方式驅動流體，做成微流體系統的載具的技術，揭露一離心卡匣的設計，包括流道與儲液槽，其流道設計以滿足單步驟的生化反應為主，因此，偵測區具有 定量與可光學偵測等特性。另外部分習知技藝則已揭露與檢測系統相關的技術。
先前離心卡匣所研發的技術揭露晶片的製造方法。部分技術已揭露離心卡匣的微流道之設計。上述與離心卡匣相關習知技術，都是以做單步驟生化反應的檢測為主。
關於習知酵素免疫分析晶片的類型，部分先前技術已揭示重力式流體及驅動方式，以無電源供給的方式，直接以鈍性流體驅動工作流體，達成在晶片上進行免疫分析的目的。部份揭露磁力驅動磁性粒子方式，使用可移動的磁性元件，吸引磁性粒子進入各反應工作流體的區間，進行多步驟的免疫反應。
前述習知專利雖然與檢體免疫分析檢測技術有關，但僅是分別揭露部分技術，於離心力方式驅動的方法與裝置中，無法利用磁性粒子反應的技術，至於磁力驅動磁性粒子方式，係利用磁力驅動磁性粒子依序進入不同反應槽進行反應，其結構並無法實施於離心卡匣中，由於磁性粒子係貼附於反應槽的表面移動，因此無法與反應槽中的流體充分混合，影響分析檢測的精確度，而磁性粒子於移動過程中，雖然會經過清洗的過程，但由於磁性粒子係浸泡於流體中，其清洗效果不佳，磁性粒子會夾帶殘存的液體進入下一反應槽中，影響分析檢測結果。
有鑑於習知技術之缺失，本發明提出一種檢體免疫分析檢測裝置，其係有關於檢體免疫分析的流路結構、磁性 粒子混合機構與破孔裝置，以離心力與毛細力驅動的流路結構，對於檢體或受測工作流體進行離心依序定量、磁性粒子混合、排液與分析系統及其分析方法、流路結構，可作為免疫或生化檢測的載具。特別是經由磁性元件吸引與磁性粒子混合的步驟，使磁性粒子表面的抗體可依序與工作流體的抗原結合、與具有酵素標記的偵測抗體結合，最後與酵素受質水解呈色液混合，反應呈色。
本發明一序列的工作流體被預先密封於卡匣內，待送至使用者處，由針膜裝置做刺膜動作，使工作流體流入檢測室，接著由磁性粒子依序與不同的工作流體進行混合與反應，達成檢體定量呈色的結果。本發明藉由微流道結構、離心力、固定磁性元件與活動磁性元件的適當搭配，使磁性粒子在排液時不被工作流體帶走，而保留在檢測室的側壁上；待另一工作流體以離心力驅動至檢測室後，利用活動磁性元件的接近與遠離檢測室搭配固定磁性元件，吸引磁性粒子在兩側壁間來回移動，達成磁性粒子與工作流體混合的效果，提高檢測良率。
為達到上述目的，本發明提出一種檢體免疫分析檢測裝置，其包含一卡匣、一針膜裝置、複數磁性粒子、至少一第一磁性元件以及至少一第二磁性元件。
該卡匣係可以一參考軸為中心進行轉動，於該卡匣具有至少一組檢測單元，該檢測單元包括複數儲液室、複數刺針活動室、一微流道結構、一緩衝室、一檢測室、一廢液室、一毛細導引U形槽以及一排氣結構，每一該儲液室係儲放一種工作流體，每一該刺針活動室係對應於一該儲 液室，每一該刺針活動室設有一第一密封膜，該第一密封膜係用以使該刺針活動室與該儲液室形成不連通狀態；微流道結構係連通每一該刺針活動室，該微流道結構係用以導引該工作流體由該儲液室流至該檢測室；緩衝室係連接於該微流道結構，檢測室係與該緩衝室相連通，廢液室係與該檢測室相連通，毛細導引U形槽係連接該檢測室與該廢液室，排氣結構係連接於該緩衝室與該複數儲液室。
該針膜裝置包括一第二密封膜、複數刺針結構、一第一致動裝置，第二密封膜係設置且覆蓋於該卡匣設有該檢測室之一面，複數刺針結構係設置於該第二密封膜，每一該刺針結構係對應於一該刺針活動室，每一該刺針結構包括一刺針以及一可撓性結構，該刺針具有一第一位置與一第二位置，該可撓性結構係提供該刺針由該第一位置移動至該第二位置；第一致動裝置係用以驅動該刺針由該第一位置移動至該第二位置，且該刺針由該第一位置移動至該第二位置時，可將該第一密封膜刺破，使該刺針活動室與該儲液室形成相連通狀態。
該複數磁性粒子係設置於該檢測室內設有，每一該磁性粒子具有磁性吸引性，每一該磁性粒子表面具有一第一標定物。
該至少一第一磁性元件係設置於該檢測室之一側，該第一磁性元件係用以對該複數磁性粒子產生磁性，將該複數磁性粒子吸引並附著於該檢測室設有該第一磁性元件之一側。
該至少一第二磁性元件係可往復移動於一第三位置以 及一第四位置之間，該第二磁性元件之磁力大於該第一磁性元件之磁力，該第二磁性元件位於該第四位置時，該第二磁性元件係位於該檢測室相對於設有該第一磁性元件之一側，且該第二磁性元件對該複數磁性粒子產生磁性，將該複數磁性粒子吸引並附著於該檢測室設有該第二磁性元件之一側。
為使 貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更進一步之了解與認同，茲配合圖示詳細說明如后。
以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目的所使用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔助說明，以利 貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限於所列舉圖式。
請參閱第一圖至第四圖所示，本發明所提供之檢體免疫分析檢測裝置，其主要包含一卡匣10、一載盤20以及一針膜裝置50。載盤20係用以承載卡匣10，針膜裝置50係設置於卡匣10相對於設有載盤20之一面，卡匣10、載盤20及針膜裝置50則設置於一支撐架結構80上。
請參閱第四圖至第七圖所示，本發明之卡匣10呈現扁形圓盤狀，於卡匣10設有三組檢測單元40，該三組檢測單元40係以一參考軸C為中心環形陣列。每一檢測單元40包括九個儲液室41、九個刺針活動室42、微流道結構43、一緩衝室44、一檢測室45及一廢液室46。該三組檢測單元40可分別進行三種檢體的免疫分析，每種檢體經過 九道的進樣、反應與清洗等流程。儲液室41係設置於卡匣10內部，每一儲液室41具有一第一排氣孔411，該複數第一排氣孔411係以參考軸C為中心且環繞參考軸C設置。刺針活動室42、微流道結構43、檢測室45及廢液室46等皆係設置於卡匣10之頂面。每一儲液室41係用以儲放一種工作流體，依檢測分析的項目不同而設置所需的工作流體，該工作流體可為具有抗體的磁性粒子、稀釋血液、洗滌緩衝液、酵素標記的偵測抗體以及酵素受質水解呈色液其中之一或是清洗液。該複數刺針活動室42係以一參考軸C為中心且環繞該參考軸C設置，每一刺針活動室42係對應於一儲液室41以及一第一排氣孔411，每一刺針活動室42設有一第一密封膜421(如第七圖所示)，於第一密封膜421未受到破壞之情況下，第一密封膜421可使刺針活動室42與儲液室41形成不連通狀態，使儲液室41內的工作流體不會流入刺針活動室42。
請參閱第四圖及第五圖所示，微流道結構43係用以連通每一刺針活動室42，微流道結構43包括一第一微流道431、複數第二微流道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之弧度之圓心係與參考軸C偏心設置，三個第一微流道431以參考軸C為中心逐漸外擴呈現放射狀設置。每一第二微流道432A~432I係以參考軸C為中心徑向延伸，每一第二微流道432A~432I具有相對二端，每一第二微流道432A~432I之其中一端係連接於第一微流道431，每一第二微流道432A~432I之另外一端係連接一刺針活動室42。第一微流 道431具有相對之一第一端4311以及一第二端4312，其中一第二微流道432A係設置於第一微流道431之第一端4311，其中一第二微流道432I係設置於第一微流道431之第二端4312，該複數第二微流道432A~432I之長度係由第一微流道431之第一端4311至第一微流道431之第二端4312逐漸縮短，亦即，第二微流道432A的長度最長，第二微流道432I的長度最短，緩衝室44係設置於第一微流道431之第一端4311。第三微流道433係以參考軸C為中心徑向延伸，第三微流道433之其中一端連接該緩衝室44，第三微流道433之另一端連接該檢測室45，使檢測室45與緩衝室44相連通，緩衝室44連接於一第一排氣道441之其中一端，第一排氣道441之另外一端連接於一第二排氣孔442，第二排氣孔442距離參考軸C的距離D3小於緩衝室44距離參考軸C的距離D2。第二排氣孔442藉由一第二排氣道443連接於一第三排氣孔444，該第二排氣道443係設置於卡匣10內部。於本實施例中，該第三排氣孔444距離參考軸C之距離與該複數第一排氣孔411距離參考軸C之距離相同。第三排氣孔444連接於一環形排氣室445。於本實施例中，該環形排氣室445係環繞該參考軸C環設於該第一排氣孔411以及第三排氣孔444外圍。該環形排氣室445連接於一第三排氣道446之一端，該第三排氣道446之另外一端係背向該參考軸C延伸連接至廢液室46。藉由第一排氣孔411、第一排氣道441、第二排氣孔442、第二排氣道443、第三排氣孔444、環形排氣室445、第三排氣道446構成本發明之排氣結構。
此外，廢液室46係由一毛細導引U形槽434連接於檢測室45，且與第三微流道433相連接。該毛細導引U形槽434包括一第一弧形槽4341、一第二弧形槽4342、一第一連接槽4343以及一第二連接槽4344，該第一弧形槽4341、第二弧形槽4342、第一連接槽4343以及第二連接槽4344分別各自具有相對之二端。第一弧形槽4341之其中一端與檢測室45連接，第一弧形槽4341之另外一端朝向卡匣10中心彎折且與第一連接槽4343之其中一端連接。第一連接槽4343係朝向卡匣10中心延伸一長度，第一連接槽4343之另外一端與第二弧形槽4342之其中一端連接。第二弧形槽4342之相對二端係背向卡匣10中心，第二弧形槽4342具有一凸弧面，該凸弧面係朝向參考軸C，且該凸弧面距離參考軸C的距離D1小於緩衝室44距離參考軸C的距離D2。第二弧形槽4342之另外一端係連接於第二連接槽4344之其中一端。第二連接槽4344係背向卡匣10中心延伸一長度，第二連接槽4344之另外一端與廢液室46連接。藉由第一弧形槽4341、第一連接槽4343、第二弧形槽4342、第二連接槽4344串接構成一呈現U形結構之毛細導引U形槽434。
於檢測室45內複數磁性粒子47，每一磁性粒子47具有磁性吸引性，每一磁性粒子47表面具有一第一標定物，該第一標定物可為具有接合之核酸(DNA或RNA)、蛋白質(protein)、生物標記分子(biomarker)、抗體(antibody)、細胞(cell)及生物分子其中之一。
請參閱第四圖及第五圖所示，本發明之載盤20與卡匣 10之間設有連結結構，於本實施例中，載盤20中心設有一凸柱21，於凸柱21之一外側設有一半圓形凸部22，於載盤20周圍設有一環凸環23，於凸環23之內側壁設有一半圓形凸部24，於卡匣10相對應於凸柱21及半圓形凸部22、24之位置設有透空部11及半圓形凹部12、13，將卡匣10嵌設於載盤20上，藉由透空部11與凸柱21、半圓形凹部12、13與半圓形凸部22、24相互卡合，可使卡匣10定位於載盤20上。請參閱第二圖及第三圖所示，卡匣10與載盤20連接一驅動馬達30，驅動馬達30具有一驅動軸31，卡匣10與載盤20以驅動軸31作為參考軸C，當驅動馬達30作動時，卡匣10與載盤20可以驅動軸31為中心同步轉動。必須說明的是，半圓形凹部12、13與半圓形凸部22、24係載盤20與卡匣10之間之連結結構之一實施例，除此之外，卡槽與卡鉤、螺栓與螺孔等其他連結結構，均可達到使載盤20與卡匣10同步轉動之目的。其次，於檢測室45之一側設有一第一磁性元件60，第一磁性元件60係凸出設置於載盤20設有卡匣10之面，於卡匣10對應於第一磁性元件60之位置設有一第一凹槽14，第一磁性元件60係嵌設於第一凹槽14中。
請參閱第三圖、第四圖及第七圖所示，本發明之針膜裝置50包括一第二密封膜51、複數刺針結構52以及第一致動裝置53，第二密封膜51係設置且覆蓋於卡匣10設有檢測室45之一面(亦即卡匣10之頂面)。第二密封膜51與前述第一密封膜421之材質可採用鋁膜與壓克力膠膜的複合材料、錫箔、銅箔、壓克力膜、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(聚對苯二甲酸乙二醇酯)膜其中之一。複數刺針結構52係設置於第二密封膜51，每一刺針結構52係對應於一刺針活動室42，每一刺針結構52包括一刺針521以及一可撓性結構522，刺針521朝向卡匣10之一端係為尖錐狀結構5211，於該尖錐狀結構5211之表面設有至少一導槽5212，導槽5212係平行於刺針521之軸向延伸一長度。可撓性結構522係一呈圓錐形之筒狀結構，可撓性結構522係採用具有可撓性之材質或具有可撓性與彈性之材質構成。可撓性結構522沿其軸向具有相對之一第一端5221以及一第二端5222，可撓性結構522第一端5221之外徑大於可撓性結構522第二端5222之外徑，於第二密封膜51相對應於每一刺針活動室42之位置設有孔洞，可撓性結構522之第一端5221係連接於孔洞，可撓性結構522之第二端5222係凸出於第二密封膜51相對於設有卡匣10之一面，刺針521具有相對二端，刺針521其中一端係連接於可撓性結構522之第二端5222，刺針521設有尖錐狀結構5211之一端係朝向卡匣10。
請參閱第二圖及第三圖所示，第一致動裝置53之作用在於驅動刺針521移動，本實施例中，第一致動裝置53主要包括至少一推桿531、一第一板體532、一第二板體533，由於卡匣10設有三組檢測單元40(請參閱第四圖所示)，因此第一致動裝置53設有三支推桿531，該三支推桿531係設置於第一板體532之底部，第二板體533係設置於第一板體532與刺針結構52之間，於第二板體533對應於每 一推桿531之位置設有一套筒534，推桿531穿設於套筒534中，推桿531之一軸向端係朝向刺針結構52，而第二板體533係固定於支撐結構80之頂部。該推桿531係搭配一第一致動器(圖中未示出)，由第一致動器下壓第一板體532，可同時驅動三支推桿531軸向移動，使推桿531與刺針結構52相對運動，且推桿531可推動刺針521由一第一位置P1(如第七圖所示刺針521之位置)軸向移動至一第二位置P2(如第十一圖所示刺針521之位置)，當第一致動器上升，推桿531對於刺針521之作用力消除時，若可撓性結構522因塑性變形而無法回復至第一位置P1(如第七圖所示刺針521之位置)。此時轉動卡匣10，在離心力的作用下，密封於刺針活動室42中之工作流體即循尖錐狀結構5211之導槽5212排出經由微流道431到達檢測室45。另一種可能的情況是：當第一致動裝置53上升，推桿531對於刺針521之作用力消除時，可撓性結構522可對刺針521提供一彈力，使刺針521由第二位置P2(如第十一圖所示刺針521之位置)自動復位至第一位置P1(如第七圖所示刺針521之位置)。此時轉動卡匣10，在離心力的作用下，密封於刺針活動室42中之工作流體即循第一密封膜421之破孔排出經由微流道431到達檢測室45。關於上述可撓性結構522因塑性變形而無法回復至第一位置P1，以及可撓性結構522可提供彈力使刺針521由第二位置P2自動復位至第一位置P1等二種情況，係視可撓性結構522所採用之材質以及實際操作之情況而定，例如，當第一致動裝置53上升，推桿531對於刺針521之作用力消除時，若可撓性 結構522係採用具有可撓性之材質，刺針521不會自動復位至第一位置P1，刺針活動室42中之工作流體係循尖錐狀結構5211之導槽5212排出經由微流道431到達檢測室45；而當可撓性結構522係採用具有可撓性與彈性之材質時，由於可撓性結構522可帶動刺針521自動復位至第一位置P1，刺針活動室42中之工作流體即循第一密封膜421之破孔排出經由微流道431到達檢測室45。換言之，可撓性結構522可以一彈性結構替代之，該彈性結構係提供塑性變形力且具有彈性回復力。關於第一致動器之種類與型態沒有一定限制，例如，可於第一板體532中心頂部設置一手動夾鉗，使用手動夾鉗下壓第一板體532。
請參閱第一圖至第二圖以及第八、九圖所示，本發明之支撐架結構80包括一基座81、一檢測平台82、複數支柱83、複數導桿84、一暗室結構85以及複數固定架86，檢測平台82係用以承載載盤20，複數支柱83係設置於基座81與檢測平台82之間，複數支柱83係用以支撐檢測平台82，複數導桿84與暗室結構85係設置於檢測平台82設有載盤20之面，暗室結構85係用以覆蓋載盤20以及設置於載盤20上之卡匣10。暗室結構85係連接於該複數導桿84，於本實施例中，該複數導桿84係穿設於該暗室結構85，除此之外，亦可將導桿84設置於該暗室結構85外部。暗室結構85可沿著導桿84之軸向往復移動，暗室結構85可以電動控制滑移或可設置手把提供使用者手動滑移，使卡匣10被封閉於暗室結構85內或可被顯露於暗室結構85外，便於使用者安裝或更換卡匣10。於暗室結構 85設有至少一光學偵測系統88，該光學偵測系統88包括一激發光源(圖中未示出)、一光導纖維接頭881以及一光學收光元件882，激發光源係用以提供光線，光導纖維接頭881用以將光線導入至卡匣10之檢測室45(請參閱第四圖)，光學收光元件882係用以偵測穿透光值。每一固定架86設有一第二致動器87，每一第二致動器87係連接於一第二磁性元件70，由第二致動器87驅動第二磁性元件70上下往復移動於一第三位置P3(如第八圖所示第二磁性元件70之位置)以及一第四位置P4(如第九圖所示第二磁性元件70之位置)之間。於載盤20設有一貫穿孔25，於卡匣10對應於貫穿孔25之位置設有一第二凹槽15，於貫穿孔25與第二凹槽15之位置相對應設有一第二磁性元件70，第二磁性元件70之磁力大於第一磁性元件60之磁力，第二磁性元件70係設置於載盤20相對於設有卡匣10之一面(亦即卡匣10之底面)。當第二磁性元件70位於第三位置P3時，第二磁性元件70係位於卡匣10下方(如第八圖所示第二磁性元件70之位置)，當第二磁性元件70上升至第四位置P4(如第九圖所示第二磁性元件70之位置)時，第二磁性元件70係穿設於貫穿孔25並位於第二凹槽15內。
請參閱第一圖至第三圖所示，於第二致動器87與檢測平台82之間設有一遮光體89，遮光體89係用以遮蔽第二致動器87與檢測平台82間之縫隙，防止暗室結構85內之光線由暗室結構85漏出。此外，於本實施例中，檢測平台82相對應於暗室結構85滑行方向之二側各設有一第一擋 板821，該二第一擋板821相互朝向之側面相對應於暗室結構85之二側，具有上寬下窄之階梯式結構設計，可避免光線由暗室結構85之二側產生漏光。此外，於暗室結構85滑行方向之一端部設有一第二擋板822，於第二擋板822與暗室結構85之間可設置具有相互吸引力之磁性元件(圖中未示出)，使第二擋板822與暗室結構85相吸而固定，如第一圖所示狀態，卡匣10即可在暗室結構85內完成所有免疫分析及光學檢測動作。必須說明的是，本發明之暗室結構85之形狀與具體結構沒有一定限制，能達到將卡匣10封閉於暗室結構85且不致漏光即可。
請參閱第二圖、第五圖及第六圖所示，說明本發明之第一磁性元件60、第二磁性元件70與檢測室45之相對關係。本發明之第一磁性元件60係固定設置於檢測室45之一側，當第二磁性元件70位於第三位置P3時，第二磁性元件70係位於卡匣10下方(如第八圖所示第二磁性元件70之位置)，第二磁性元件70不會對檢測室45內之磁性粒子47產生磁性，而是由第一磁性元件60對設置於檢測室45內之磁性粒子47產生磁性，第一磁性元件60可將磁性粒子47吸引聚集並附著於檢測室45設有第一磁性元件60之一側，如第五圖所示態樣。當第二磁性元件70上升至第四位置P4時，第二磁性元件70係穿設於貫穿孔25並位於第二凹槽15內，如第九圖所示第二磁性元件70之位置，且第二磁性元件70係位於檢測室45相對於設有第一磁性元件60之一側，由於第二磁性元件70之磁力大於第一磁性元件60之磁力，因此第二磁性元件70對磁性粒子 47產生磁性，可將磁性粒子47吸引並附著於檢測室45設有第二磁性元件70之一側，如第六圖所示態樣。當第二磁性元件70再下降至第三位置P3(如第八圖所示第二磁性元件70之位置)時，第二磁性元件70對磁性粒子47之磁性消減，第二磁性元件70對磁性粒子47的磁力小於第一磁性元件60對磁性粒子47的磁力，磁性粒子47可被第一磁性元件60吸引置檢測室45之另一側，藉由第二磁性元件70之往復上下移動，可帶動磁性粒子47於檢測室45內往復移動。為使磁性粒子47能夠更均勻的貼附於檢測室45內側壁之表面，於檢測室45靠近第一磁性元件60之一側設有一第一側壁451，檢測室45靠近第二磁性元件70之一側設有一第二側壁452，第一側壁451以及第二側壁452為平面。
本發明之第一磁性元件60及第二磁性元件70之磁力可依實際所需不同而設計。請參閱表一所示使用不同尺寸的銣鐵硼永久磁鐵作為本發明之第一磁性元件60及第二磁性元件70，在不同位置量測得到的磁力數據之具體實施例。
其中，0mm代表磁鐵表面，亦即磁力最大處，隨著距離增加，磁力逐漸減小。本發明使用直徑8mm x 2mm的銣鐵硼永久磁鐵作為第一磁性元件60，固定於載盤20上，銣鐵硼永久磁鐵與磁性粒子的距離約為2.5mm，磁力大小為946高斯(Gauss)，此磁力足以吸引磁性粒子47保持在檢測室45的第一側壁451上；另外，使用直徑8mm x 10mm的銣鐵硼永久磁鐵作為第二磁性元件70，固定於第二致動器87上。當第二磁性元件40升起至第四位置P4(如第九圖所示第二磁性元件70之位置)時，與磁性粒子47的最近距離約為1.5mm，磁力大小為3050高斯(Gauss)，由於第二磁性元件70的磁力大於第一磁性元件60的磁力，故磁性粒子47會被吸引至檢測室45靠近該第二磁性元件70的一側，亦即，磁性粒子47會由第一側壁451移動至檢測室45的第二側壁452；當第二磁性元件70下降與磁性粒子47的最近距離超過10mm時，第二磁性元件70的磁力小於270高斯(Gauss)，故磁性粒子47會被第一磁性元件60吸回檢測室45的第一側壁451。
請參閱第一圖至第四圖所示，本發明的工作流體被預先密封於卡匣10內，且卡匣10頂面以針膜裝置50覆蓋，使卡匣10形成一密封結構，工作流體不致於受到污染。將卡匣10送至使用者處且安裝於載盤20後，再滑動暗室結構85，使卡匣10被封閉於暗室結構85中。將三支推桿531 分別定位於相對應之刺針活動室42，再驅動推桿531向下移動。
請參閱第十圖至第十三圖所示，說明本發明之針膜裝置50之連續作動流程。請參閱第十圖所示，當推桿531未被致動時，推桿531與刺針結構52之間具有一距離D4，刺針521係位於第一位置P1。請參閱第十一圖所示，當推桿531被致動向下推動刺針521時，可使刺針521由第十圖所示該第一位置P1向下移動至第二位置P2，且當刺針521移動至第二位置P2時，刺針521的尖錐狀結構5211可將第一密封膜421刺破，使刺針活動室42與儲液室41形成相連通狀態，請同時參閱第五圖及第十一圖，此時，第一排氣孔411、複數儲液室41、複數刺針活動室42、微流道結構43、緩衝室44、第一排氣道441、第二排氣孔442、第二排氣道443、第三排氣孔444、環形排氣室445、第三排氣道446與廢液室46形成通路。配合卡匣10旋轉產生之離心力作用，當第一密封膜421被刺破時，工作流體(第十一圖所示虛線箭頭)可藉由導槽5212的導引流入刺針活動室42。請第十二圖所示，當推桿531上升且脫離刺針521後，刺針521仍會暫時停留於第二位置P2，此時，工作流體仍可持續由導槽5212的導引流入刺針活動室42。請參閱第十三圖所示，推桿531脫離刺針521一段時間之後，藉由可撓性結構522之彈性作用，可提供刺針521自動上升至第一位置P1，而第二密封膜51在刺針521壓入與脫離過程，不會產生破裂，可防止工作流體在離心過程中外濺。藉由卡匣10轉動產生的的離心力作用，使工作流體持 續由刺針活動室42流向緩衝室44，再進入檢測室45。至於工作流體由刺針活動室42流入檢測室45之過程中所產生之氣體可由第一排氣道441(請參閱第五圖所示)排出。
請參閱第一圖至第四圖所示，當工作流體到達檢測室45之後，卡匣10停止旋轉，驅動第二磁性元件70上下往復移動，藉由第一磁性元件60與第二磁性元件70交互的磁力作用，使磁性粒子47於檢測室45中來回移動(如第五圖及第六圖所示)，磁性粒子47與工作流體均勻混合，磁性粒子47表面的第一標定物可與工作流體進行反應，當混合完畢後，驅動第二磁性元件70停止往復活動，且第二磁性元件70下降至遠離磁性粒子47之第三位置P3(如第八圖所示第二磁性元件70之位置)，磁性粒子47藉由第一磁性元件60吸附於檢測室45的第一側壁451。當反應完成後，再驅動卡匣10轉動，藉由離心力使工作流體經由毛細導引U形槽434排入廢液室46並排出卡匣10外，同時，該第三排氣道446(顯示於第五圖)可確保工作流體排液時，工作流體可排至廢液室46。於排液的過程中，磁性粒子47由於有第一磁性元件60的磁力吸引，因此磁性粒子47不會隨著工作流體被排出。重複上述步驟，可依序將不同工作流體送入檢測室45，磁性粒子47可依序與不同的工作流體進行混合與反應。關於儲液室41、刺針活動室42、第二微流道432A、緩衝室44、第三微流道433、檢測室45、毛細導引U形槽434及廢液室46截面積的幾何結構尺寸，可依所需設計，以調控工作流體充填所需壓力的大小。結構尺寸愈小，推動流體所需的壓力差愈大，易形 成阻檔閥的效果；反之，當結構尺寸愈大，推動工作流體所需的壓力差愈小，流體愈容易流動。關於卡匣10之轉動與停止、卡匣10之轉動速率、針膜裝置50之刺破位置以及第二磁性元件70的上下往復移動速度與次數，係依所需而設定，並可由處理單元、控制單元或電腦裝置自動控制。
請參閱表二所示本發明各執行步驟之具體實驗程序表實施例，本實驗所使用的磁性粒子為氧化鐵奈米磁性粒子，磁性粒子平均粒徑為180nm，氧化鐵濃度為1.59 mg/mL，於檢測室內所使用的磁性粒子量為100mg，稀釋的偵測抗體濃度為0.5 ng/mL。表二顯示各程序所使用的工作流體、卡匣轉速、卡匣旋轉圈數、等待時間、第二磁性元件混合次數、磁性粒子混合時間、排液轉速、排液圈數及排液時間等各項詳細參數。
其中，No.1~8代表第一至第八儲液槽，每一儲液槽封 存有所需的工作流體，IO beads-63μL代表磁性粒子稀釋液’Lysis samples-62 μL為稀釋血液，Ab-62μL為偵測抗體稀釋液，TMB-62μL代表呈色液，Wash-62μL為清洗液。
首先，針膜裝置刺破第一儲液槽的工作流體(IO beads-63 μL，磁性粒子稀釋液)，卡匣轉速為2000rpm，旋轉圈數為100圈，時間為3秒，經由離心力驅動將第一儲液槽的工作流體經由注入檢測室，經由毛細力作用，部分磁性粒子稀釋液逐漸吸入毛細導引U形槽，等待時間為30秒，再驅動卡匣轉動(轉速為2000rpm，旋轉圈數為1000圈，時間為30秒)，將磁性粒子稀釋液(不含磁性粒子)排入廢液室。檢測室內的磁性粒子在旋轉過程中，持續被固定設置的第一磁性元件吸附在檢測室側壁，等待進行與下一工作流體的反應。
接著，針膜裝置刺破第二儲液槽的工作流體(Lysis samples-62μL，稀釋血液)，卡匣轉速轉速為2000rpm，旋轉圈數為100圈，時間為3秒，可將第二儲液槽的工作流體(Lysis samples-62μL，稀釋血液)注入檢測室。驅動第二磁性元件上下往復活動，次數為30次，時間為10分鐘，可達成磁性粒子在工作流體(Lysis samples-62μL，稀釋血液)內均勻混合的效果。反應完畢後，由離心力執行排液程序(轉速為2000rpm，旋轉圈數為1000圈，時間為30秒)。同樣地，磁性粒子在排液過程中會被保留於檢測室內。
其次，依序以針膜裝置刺破後續第三至第八儲液槽，使表二所示不同工作流體流入檢測室，並且驅動檢測室內的磁性粒子反覆來回移動，可使磁性粒子依序進行反應、 清洗與呈色反應，最後由光學偵測系統對檢測室內的溶液進行穿透光的判讀。
由比耳定律(Beer-Lambert law)：透光度(transmissivity)T=(I/Io)，吸光度(absorbance)A=-log(I/Io)=ε *b*c，其中，I為透射光的強度，Io為入射光的強度。當一束光線照射到一樣品溶液時，部份的光線會被樣品溶液吸收，剩下的光線則穿透樣品溶液。當一束平行的單色光通過溶液時，溶液的吸光度(A)與莫耳吸收係數(molar absorptivity：ε)、光徑長(b)和溶液的濃度(c)的乘積成正比。它是分光光度法定量分析的依據。當空樣品及高低濃度樣品在卡匣進行反應之後，光學偵測系統收集數據如第十四圖所示，溶液中樣品濃度(c)與測得透光強度(T)之關係為c=k*(-logT)，k為一任意常數，高濃度的樣品具有較低的透光強度；低濃度的樣品具有較高的透光強度，且隨循環次數增加，透光強度(T)值漸次降低，可驗證本發明確具有可實施性。空樣品代表控制組、低濃度樣品及高濃度樣品分別代表臨床糖化血色素值正常與異常的實驗組，實施結果請參閱第十四圖。
綜上所述，本發明所提出之檢體免疫分析檢測裝置，其係有關於檢體免疫分析的流路結構、磁性粒子混合機構與破孔裝置，以離心力與毛細力驅動的流路結構，對於檢體或受測工作流體中之進行離心依序定量、磁性粒子混合、排液與分析系統及其分析方法、流路結構，可作為免疫或生化檢測的載具。特別是經由磁性元件吸引與磁性粒子混合的步驟，使磁性粒子表面的抗體可依序與工作流體 的抗原結合、與具有酵素標記的偵測抗體結合，最後與酵素受質水解呈色液混合，反應呈色。
本發明一序列的工作流體被預先密封於卡匣內，待送至使用者處，由針膜裝置做刺膜動作，使工作流體流入檢測室，接著由磁性粒子依序與不同的工作流體進行混合與反應，達成檢體定量呈色的結果。本發明藉由微流道結構、離心力、固定之第一磁性元件與活動之第二磁性元件的適當搭配，使磁性粒子在排液時不被工作流體帶走，而保留在檢測室的側壁上；待另一工作流體以離心力驅動至檢測室後，利用活動磁性元件的接近與遠離檢測室搭配固定磁性元件，吸引磁性粒子在兩側壁間來回移動，達成磁性粒子與工作流體混合的效果，提高檢測良率。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
10‧‧‧卡匣
11‧‧‧透空部
12、13‧‧‧半圓形凹部
14‧‧‧第一凹槽
15‧‧‧第二凹槽
20‧‧‧載盤
21‧‧‧凸柱
22‧‧‧半圓形凸部
23‧‧‧凸環
24‧‧‧半圓形凸部
25‧‧‧貫穿孔
30‧‧‧驅動馬達
31‧‧‧驅動軸
40‧‧‧檢測單元
41‧‧‧儲液室
411‧‧‧第一排氣孔
42‧‧‧刺針活動室
421‧‧‧第一密封膜
43‧‧‧微流道結構
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‧‧‧毛細導引U形槽
4341‧‧‧第一弧形槽
4342‧‧‧第二弧形槽
4343‧‧‧第一連接槽
4344‧‧‧第二連接槽
44‧‧‧緩衝室
441‧‧‧第一排氣道
442‧‧‧第二排氣孔
443‧‧‧第二排氣道
444‧‧‧第三排氣孔
445‧‧‧環形排氣室
446‧‧‧第三排氣道
45‧‧‧檢測室
451‧‧‧第一側壁
452‧‧‧第二側壁
46‧‧‧廢液室
47‧‧‧磁性粒子
50‧‧‧針膜裝置
51‧‧‧第二密封膜
52‧‧‧刺針結構
521‧‧‧刺針
5211‧‧‧尖錐狀結構
5212‧‧‧導槽
522‧‧‧可撓性結構
5221‧‧‧可撓性結構第一端
5222‧‧‧可撓性結構第二端
53‧‧‧第一致動裝置
531‧‧‧推桿
532‧‧‧第一板體
533‧‧‧第二板體
534‧‧‧套筒
60‧‧‧第一磁性元件
70‧‧‧第二磁性元件
80‧‧‧支撐架結構
81‧‧‧基座
82‧‧‧檢測平台
821‧‧‧第一擋板
822‧‧‧第二擋板
83‧‧‧支柱
84‧‧‧導桿
85‧‧‧暗室結構
86‧‧‧固定架
87‧‧‧第二致動器
88‧‧‧光學偵測系統
881‧‧‧光導纖維接頭
882‧‧‧光學收光元件
89‧‧‧遮光體
C‧‧‧參考軸
D1、D2、D3、D4‧‧‧距離
P1‧‧‧第一位置
P2‧‧‧第二位置
P3‧‧‧第三位置
P4‧‧‧第四位置
第一圖係本發明實施例之組合結構外觀立體圖。
第二圖係本發明實施例之剖面結構示意圖。
第三圖係本發明實施例之部分組合結構立體圖。
第四圖係本發明實施例之載盤、卡匣與針膜裝置之分解結構示意圖。
第五圖係本發明實施例之卡匣之部分俯視結構示意圖。
第六圖係本發明實施例之磁性粒子移動至檢測室第二側壁之俯視結構示意圖。
第七圖係本發明之針膜裝置與卡匣之剖面組合結構示意圖。
第八圖係本發明之第二磁性元件位於第三位置之剖面組合結構示意圖。
第九圖係本發明之第二磁性元件位於第四位置之剖面組合結構示意圖。
第十圖至第十三圖係本發明實施例之針膜裝置刺破第一密封膜之連續作動之剖面結構示意圖。
第十四圖係本發明實施例所進行免疫反應分析之結果統計圖。
10‧‧‧卡匣
15‧‧‧第二凹槽
20‧‧‧載盤
25‧‧‧貫穿孔
30‧‧‧驅動馬達
31‧‧‧驅動軸
50‧‧‧針膜裝置
52‧‧‧刺針結構
53‧‧‧第一致動裝置
531‧‧‧推桿
532‧‧‧第一板體
533‧‧‧第二板體
534‧‧‧套筒
70‧‧‧第二磁性元件
80‧‧‧支撐架結構
81‧‧‧基座
82‧‧‧檢測平台
821‧‧‧第一擋板
83‧‧‧支柱
84‧‧‧導桿
85‧‧‧暗室結構
86‧‧‧固定架
87‧‧‧第二致動器
88‧‧‧光學偵測系統
881‧‧‧光導纖維接頭
882‧‧‧光學收光元件
89‧‧‧遮光體
C‧‧‧參考軸

Claims (17)

  1. 一種檢體免疫分析檢測裝置，包含：一卡匣，係可以一參考軸為中心進行轉動，該卡匣具有至少一組檢測單元，該檢測單元包括：複數儲液室，每一該儲液室係儲放一種工作流體；複數刺針活動室，每一該刺針活動室係對應於一該儲液室，每一該刺針活動室設有一第一密封膜，該第一密封膜係用以使該刺針活動室與該儲液室形成不連通狀態；一微流道結構，係連通每一該刺針活動室，該微流道結構係用以導引該工作流體由該儲液室流至該檢測室；一緩衝室，係連接於該微流道結構；一檢測室，係與該緩衝室相連通；一廢液室，係與該檢測室相連通；一毛細導引U形槽，係連接該檢測室與該廢液室；一排氣結構，係連接於該緩衝室與該複數儲液室；一針膜裝置，其包括：一第二密封膜，係設置且覆蓋於該卡匣設有該檢測室之一面；複數刺針結構，係設置於該第二密封膜，每一該刺針結構係對應於一該刺針活動室，每一該刺針結構包括一刺針以及一可撓性結構，該可撓性結構係提供該刺針由一第一位置移動至一第二位置；以及一第一致動裝置，係用以驅動該刺針由該第一位置移動至該第二位置，且該刺針由該第一位置移動至該第 二位置時，可將該第一密封膜刺破，使該刺針活動室與該儲液室形成相連通狀態；複數磁性粒子，係設置於該檢測室內，每一該磁性粒子具有磁性吸引性，每一該磁性粒子表面具有一第一標定物；至少一第一磁性元件，係設置於該檢測室之一側，該第一磁性元件係用以對該複數磁性粒子產生磁性，將該複數磁性粒子吸引並附著於該檢測室設有該第一磁性元件之一側；以及至少一第二磁性元件，係可往復移動於一第三位置以及一第四位置之間，該第二磁性元件之磁力大於該第一磁性元件之磁力，該第二磁性元件位於該第四位置時，該第二磁性元件係位於該檢測室相對於設有該第一磁性元件之一側，且該第二磁性元件對該複數磁性粒子產生磁性，將該複數磁性粒子吸引並附著於該檢測室設有該第二磁性元件之一側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該可撓性結構係一呈圓錐形之筒狀結構，該可撓性結構沿其軸向具有相對之一第一端以及一第二端，該第一端之外徑大於該第二端之外徑，於該第二密封膜相對應於每一該刺針活動室之位置設有孔洞，該可撓性結構之該第一端係連接於該孔洞，該可撓性結構之該第二端係凸出於該第二密封膜相對於設有該卡匣之一面，該刺針具有相對二端，該刺針其中一端係連接於該可撓性結構之該第二端，該刺針之另一端係朝向該卡匣。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該刺針朝向該卡匣之一端係為尖錐狀結構，於該尖錐狀結構之表面設有至少一導槽，該導槽沿著刺針之軸向延伸一長度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該第一致動裝置包括：一推桿，該推桿之一軸向端係朝向該刺針結構；以及一第一致動器，用以驅動該推桿軸向移動，使該推桿與該刺針結構相對運動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其更包括一載盤，該載盤係用以承載該卡匣，該載盤與該卡匣之間設有連結結構，使該載盤與該卡匣可同步轉動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該第一磁性元件係凸出設置於該載盤設有該卡匣之面，於該卡匣對應於該第一磁性元件之位置設有一第一凹槽，該第一磁性元件係嵌設於該第一凹槽中。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該載盤相對應於該第二磁性元件之位置設有一貫穿孔，於該卡匣相對應於該第二磁性元件之位置設有一第二凹槽，該第二磁性元件係設置於該載盤相對於設有該卡匣之一面，該第二磁性元件位於該第四位置時，該第二磁性元件係穿設於該貫穿孔並位於該第二凹槽內。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之檢體免疫分析檢測裝置，更包括至少一支撐架結構，該支撐架結構包括： 一基座；一檢測平台，係用以承載該載盤；複數支柱，係設置於該基座與該檢測平台之間，該複數支柱係用以支撐該檢測平台；複數導桿，係設置於該檢測平台設有該載盤之面；以及一暗室結構，係設置於該檢測平台設有該載盤之面，該暗室結構係連接於該複數導桿，該暗室結構可沿著該導桿之軸向往復移動，該暗室結構係用以覆蓋該卡匣。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該支撐架結構更包括至少一固定架，於該固定架設有一第二致動器，該第二致動器係連接於該第二磁性元件，該第二致動器係用以驅動該第二磁性元件往復移動於該第三位置以及該第四位置之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該微流道結構包括：一第一微流道，其具有一弧度，該弧度之圓心係與該參考軸偏心設置；以及複數第二微流道，每一該第二微流道係以該參考軸為中心徑向延伸，每一該第二微流道具有相對二端，每一該第二微流道之其中一端係連接該第一微流道，每一該第二微流道之另外一端係連接一該刺針活動室。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該第一微流道具有相對之一第一端以及一第二端，其中一該第二微流道係設置於該第一微流道之該第一端，其中一該第二微流道係設置於該第一微流道之該 第二端，該複數第二微流道之長度係由該第一微流道之該第一端至該第一微流道之該第二端逐漸縮短，該緩衝室係設置於該第一微流道之該第一端。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該微流道結構更包括一第三微流道，該第三微流道係以該參考軸為中心徑向延伸，該第三微流道之其中一端連接該緩衝室，該第三微流道之另一端連接該檢測室。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該複數刺針活動室係以該參考軸為中心且環繞該參考軸設置。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該檢測室靠近該第一磁性元件之一側設有一第一側壁，該檢測室靠近該第二磁性元件之一側設有一第二側壁，該第一側壁以及該第二側壁為平面。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該毛細導引U形槽包括一第一弧形槽、一第二弧形槽、一第一連接槽以及一第二連接槽，該第一弧形槽、第一連接槽、第二弧形槽、第二連接槽串接構成一U形結構，該第一弧形槽之其中一端與該檢測室連接，該第二連接槽之其中一端係與該廢液室連接。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該第二弧形槽具有一凸弧面，該凸弧面係朝向該參考軸，該凸弧面距離該參考軸的距離小於該緩衝室距離該參考軸的距離。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之檢體免疫分析檢測裝置，其中該排氣結構係連接於每一該儲液室、該廢液室以及該緩衝室。
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