TWI276467B - Handheld centrifuge - Google Patents

Description

1276467 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種手持式離心機，尤指一種易於攜帶的手持式 離心機。 【先前技術】

離心作用(centrifligation)係利用離心力來對具有各種不同成分 與重力之混合物來進行分離、提煉與濃縮等步驟。一般而言，離 心機係利用離心力來從一懸浮體(suspension)中分離出各種微小粒 子的一種儀器。 離心機的性能主要係由多少該離心機可產生離心力來決定，且 離心機的性能一般係以相對離心力(relative centrifugal force)來呈 現。其中’相對離心力係等於離心加速度(centrifugal acceleration) 除以重力加速度(gravitational acceleration)。由於離心加速度的量 (magnitude, ae)係等於旋轉(gyrati〇n)的半徑(radius，r)乘以角速度的 平方(ω2)，即ac=rw2，因此相對離心力換言之係由半徑與角速度 來決定。目前離心機係使用於各種產業中，例如食品產業、製藥 產業以及礦業等。 由於目前大部分的離心機係利用馬達來產生離心力，因此會造 成多種問題，例如成本與體積的增加以及製作的複雜度。此外， 目前的離心機由於體積的龐大更不適用於攜帶。 1276467 【發明内容】 因此本發明係提供—種易於攜帶的手持式離心機，其可於不使 用馬達的情況下產生離心力。 根據本發明之申請專利範圍，係揭露一種手持式離心機，其包 含有-慣性主體與-閉合儲槽。其中，慣肚體具有一輪轴與一 _該輪_接之慣性滾輪，域輪軸之—端錢接於一繩索， 而閉合儲槽係配置於該雛主體上，肋容置細分離的樣本。 【實施方式】 ^參照第1圖，第丨圖為本發明第—實施例之手持式離心機之 不思圖。如第1圖所示，手持式離心機ω包含-慣性主體。立中， ^主體具有—轉軸12與―對與編2驗的慣性滾輪13，且 ^轴12的—端係減一繩索11。同時，手持式離心機K)包含複 ^合儲槽则己置於慣性滾輪13的外表面上，且閉合儲槽2〇 手持式離心機1G進行離心作用咖來容置錢組織或細 敝織雜本。M合儲槽2G _____ w 述。 冒滁作乎符式離' ^ 你无握著繩索11的一端並 利用繩索11纏繞慣性主體的韓鈾】 ，土 轉軸12，接著慣性滾輪13便會隨著 繩索11捲回（unwind)時加读5 一 逮至-較尚的旋轉速率(― 1276467 speed)。如果繩索11的另一端係固定於轉軸12上，繩索丨丨可於 完全捲回後再次纏繞在丨貝性主體的轉軸12上，進而使慣性滾輪η 於繩索11捲回或再次纏繞轉軸12時可_不_機。如繩索 11的-端並未固定於轉轴12上，慣性滚輪13則會於繩索u完全 捲回後再繼轉數®。當紐滾輪13轉_，如果使用者於繩 索11的-端施加-推力(imp杨ef〇rce)，繩索u可再次纏繞轉軸 12，進而使慣性主體於献U細或再讀繞轉軸12時可持續 不斷的轉動。 ' 當慣性滚輪13轉動時，設置於慣性滾輪13上的閉合儲槽加 也會跟著機’進喊生—離心力並賴合儲槽Μ崎容置的樣 本產生一細作用。其中，離心侧㈣間可由下财程式i中 根據樣本的沈殿速率來判斷： [方程式1] 如方程式1中所示，Us4柳辦、d係為樣本、 ='==彳咖2㈣砂崎、_ 内法㈣〜、Pl係為樣本的讀、p2係袖合儲槽20 1276467 • 由於樣本的沈澱速率係與慣性滾輪13之角速度的平方成正 . 口此如&加慣性滚輪13的角速度便可提高對承載於閉合儲槽 ：. 20内樣本的離心作用。 其中’閉合儲槽20之間係依照等同角度排列，亦即（α =点= r) ’以使慣性主體可平穩的轉動。同時，依照此排列方式又可提 升慣性滾輪13外表面空間的使用性。由於儲存於閉合儲槽20内 φ 的樣本必須於進行離心作用後從閉合儲槽20内取出，因此閉合儲 槽20係以可分離的方式配置於慣性滾輪13上。 請參照第2圖，第2圖為本發明一設置於手持式離心機上之閉 合儲槽之剖面示意圖。如第2圖所示，閉合儲槽2〇係設置於慣性 主體上，用來承載進行離心的樣本。其中，閉合儲槽20具有一主 體21以及一遮蓋22設於主體21上，且主體21與遮蓋22係與一 連接部23相連接。此外，遮蓋22的底部包含一突出部24。當突 出邛24進入主體21的上方，主體21内便會形成一與外面隔絕的 容置空間25。 此外，閉合儲槽20另具有一過濾器26。一般而言，當離心機 停止後，施加於閉合儲槽2〇内樣本的離心力也會跟著停止，而地 ~ 心引力則會使樣本内被離心分離的成份再次混合。換句話說，如 果使用者於手持式離心機10停止轉動後將閉合儲槽2〇反轉或傾 斜，地心引力便會移動閉合儲槽2〇内的樣本，使樣本再次混合。 9 d 1276467 因此’本發明可提供一過濾器26來防止樣本内的成份重新混合在 一起。 其中’過濾、裔26定義有複數個可讓樣本的各成分進出之通氣 孔’且通氣孔的大小係由樣本的成分來決定。換句話說，樣本中 的成分可於離心力的辅助下自由通過通氣孔，而在無離心力的清 況下則無法通過。舉絲說，當使用者欲從—血液樣本中分離病 毒與細菌時，可控獅氣孔的大小於1微糾，以使病毒與細菌 可自由通過的同時防止紅血球與白血球通行。 根據本發明之健實_，猶器26係設置於閉合儲槽2〇内 來防止樣本_心分_成份再次混合。然而，不舰於前述之 過遽器26 ’本發明又可儀—賴來做為贼器％，且該膠體除

了具有與樣本内成份相對的重力且不會與樣本混合。舉例來說， 本發明可侧—種洋菜膠(aga職），並調整膠體的濃度至⑽、 〇.遍謂，織使洋菜賴化。財，洋菜膠可舰濃度的不 同來定義出各種柯大㈣氣孔。因此，本發日柯滅樣本的成 份來調整洋菜膠的濃度，進而促進離心分離的步驟。 加入一溶解緩衝液 此外，本發明又可於過濾器26的下部27 (lysis buffer)來幫助離心分離成份進行分解。 實施例手持式離 請參照第3圖與第4圖，第3圖為本發明第_ 1276467 心機之旋轉鱗之實驗測量絲，的4圖為閉合麟内之 於第3圖實驗進行後之示賴。其巾’實驗係糊—公尺長的

繩索、一直徑六公分的慣性雜以及—餘五縣_軸來動复 進行五次。 I 如第3圖所示，慣性主體的旋轉速率因轉軸12與繩索U之間 的，擦力崎漸降低。其巾，慣性主體的巾間旋轉速率係由開始 φ的每刀委里4928轉(rpm)(其相對離心力約55哨降低至開始後3〇秒 的母分鐘2561轉(其相對離心力約150g)。 如第4圖所示，本發明具有一參考值3〇，其係由一閉合儲槽内 所承載的-血液樣本所取得，且該血液樣本係利用習知離心分離 方式於每分鐘3_雜械離心力約_g)的環境下進行離心分 離，、人本發明之另一參考值係由另一閉合錯槽内所承載的 另-血液樣本所取得，且此樣本係利用手持式離心機1〇，並根據 •本發明之第-實施例以及第3圖中所示的旋轉速率來進行離心分 離。本發明之實赌果龄出本發明之手料離讀⑺可確實的 對樣本進行離心分離。 請參照第5圖’第5圖為本發明第二實施例之手持式離心機之 放大示意圖。如第5圖所示，本發明之手持式離心機4〇係利用迴 轉效果(gyroscopic effec棘進行離心分離。其中’手持式離心機4〇 具有-上殼體41與-下殼體44,且上殼體41上定義有一開孔必 I276467 .同時，上殼體41的底部具有一凹槽43，而下殼體44的上部具有 : 一隆起部45，以使上殼體41與下殼體44可相互耦接。此外，手 : 持式離心機40另包含一圓環46以及一可迴轉之轉體你。在組人 時，係先將圓環46旋入至凹槽43與隆起部45之間，使轉體48 輕接圓環46。如圖中所示，轉體48的中心包含一轉轴5〇，且轉 體48的外表面包含複數個凸痕(ribs)49。因此在組裝手持式離心機 40時，係先將轉軸50嵌入圓環46的開孔47内，並將_繩索環繞 φ 凸痕49，然後藉由拉動繩索來使轉體48旋轉。 此外，轉體48另包含至少一管線52，使閉合儲槽2〇可插入至 管線52内。其中，管線52可相對於轉軸50傾斜一預定角度，來 有效將離心力施加於閉合儲槽20内的樣本上。其次，閉合儲样2〇 係依照相等角度排列於轉軸50周圍，以使轉體48可平穩的轉動， 且閉合儲槽20可與管線52分開，使離心分離的樣本可輕易從閉 合儲槽20内取出。 t 當使用者將一繩索纏繞轉體48的凸痕49數圈並對轉體48施 力後，轉體48便會開始旋轉。因此當繩索被大力拉動時，使用者 可對轉體48施加一旋轉力，進而增加轉體48的起始角速度。 - 在轉體48利用繩索開始旋轉後，使用者可先用一隻手握著手 _ 持式離心機40，然後利用手腕的力量來轉動手持式離心機4〇，並 藉由轉動所產生的力矩(torque)來轉動圓環46與轉體48，使各轉 1276467 動軸相互垂直。一般而言，力矩會增加轉體48的角速度。而當轉 體48的角速度經由重複的旋轉超過一個程度時，將可對閉合儲槽 20内的樣本進行離心分離。 請參照第6圖，第6圖為本發明第二實施例設置一閉合儲槽於 手持式離心機之另一示意圖。如第6圖所示，手持式離心機40之 轉體48包含至少一彈簧片（ieaf spring)55與一固定部57。其中，

彈簧片55係用來容置閉合儲槽20,且彈箐片55可由複數個螺絲 56固定於轉體48上。 因此當閉合儲槽20配置於轉體48上時，閉合儲槽20的下部 係座落於彈黃片55上，而閉合儲槽20的上部則係由固定部57支 撐住。換句話說，當使用者將閉合儲槽2〇推向彈簧片55時，彈 簧片55便會彎曲並於彈簧片55與固定部57間形成一缺口，進而 於彈黃片55中蓄積彈性能量。在將閉合儲槽2〇的上部推入缺口 後’使用者可放開閉合儲槽2〇，使彈簧片55利用所蓄積的彈力將 閉合儲槽20推至固定部57，進而將閉合儲槽2〇固定於轉體48 请參照第7圖，第7圖為本發明第二實施例手持式離心機之旋 轉速率之實驗測量結果。如第7圖中所示，第—行中的A到1係 為本實驗Μ九鱗與者而每酬顯稀_為傾式離心機之 旋轉速率H所有參與者的平均旋轉速料為每分鐘11158 a 13 1276467 • 轉(約2〇9〇g)。因此，如圖中所示，本實施例所使用的手持式離心 機係比第一實施例中所使用的運轉更快，進而可更有效的對閉合 儲槽20内的樣本進行離心分離。 請參照第8圖，第8圖為本發明第三實施例之一手持式離心機 60之示意圖。如第8圖所示，手持式離心機60包含一迴轉儀上部 (gyroscope top)與至少一閉合儲槽2〇配置於迴轉儀上部内。其中， φ 閉合儲槽20之間可依照一相同角度排列，且閉合儲槽20係用來 ”置將要進行離心分離的樣本，而迴轉儀上部則包令^一轉軸μ、 一環繞轉軸61的_ 63以及—支撐轉軸61的支撐環64。 此外’迴轉儀上部可另包含一整體支撐環&搞接支撐環料， 且，體支撐環65係期盤63位於相同平面。—般而言，整體支 ° S除了可防止圓盤纪於轉動時受到外在環境的干擾，又可 提供使用者更方便的操作。

^Π持式如機⑼時，朗者絲錄—_ &於轉轴 轉轴61 τ:後拉動繩索62 ’ 11由繩索62與轉軸61間的摩擦力使 Γ63也I: 而當轉轴61旋轉_時，環繞轉㈣的圓 部的構造，顿式離㈣^動跟徒轉。換言之，娜迴轉儀上 &於1定方向。因此，進可⑽速旋轉的情況下同時維持轉軸 π内的樣本進行細錄盤63上之閉合儲槽 匕外，如圖中所示，本實施例的手持 14 1276467 式離心機6〇由於體積小與構造簡單，因此又可提升攜帶的便利性。 / 請參照第9圖，第9圖為本發明第四實施例之-手持式離心機 之示意圖。如第9圖所示，手持式離心機7G係利用迴旋棒 (boomerang)的原理來運作。其中，手持式離心機7〇包含一扁平迴 敎棒與至少-閉合儲槽20設於扁平迴旋棒上，且閉合儲槽2〇内 具有-待要離^分離的樣本。在操作時，使用者係先將手持式離 春心機7。拋向空中’使手持式離心機7。旋轉，接著旋轉時所產生 的離心力便會施加於閉合儲槽20内的樣本上，進而對樣本進行離 心分離。根據本發明之較佳實施例，閉合儲槽2〇可設置於迴旋棒 的兩端，進而使手持式離心機70在旋轉時可產生更強的離心力於 儲存於閉合儲槽20内的樣本上。 此外，本發明於先前所述的手持式離心機10,4〇, 6〇及7〇又可 利用一分離劑agent)來分離閉合儲槽20内的樣本與所 鲁 t的成分。舉例來說’如欲從-錢樣本巾分離自A球細胞，本 發明可先加入一分離劑於閉合儲槽20内，然後再進行一離心分離 步驟’來分離白血球細胞。在進行離心分離後，閉合儲槽2〇内的 血液樣本將會分離成一紅血球細胞層、一白血球細胞層以及一血 漿層(blood serum layer)，進而將白血球細胞從血液樣本中分離出 來。此外，本發明又可設置過濾器26於閉合儲槽2〇内，來有效 - 防止血液樣本與所需的成分混合。 15 1276467 如先前所述，由於本發明的手持式離心機具有易於攜帶的優 點，因此可於應用於各種環境下而不受時間與地點的限制。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】

第1圖為本發明第一實施例之手持式離心機之示意圖。 第2圖為本發明-設置於手持式離々機上之閉合職之剖面示意 圖。 第3圖為本發明第—實蘭手持式離心、機之旋轉速率之實旦 結果。 、’、里 第4圖為閉合儲槽内之樣本於第3圖實驗進行後之示意圖。 第5圖為本發明第二實施例手持式離心機之放大示意圖。 第6圖為本發明第二實施例設置-閉合儲槽於手持式離心機之另 一示意圖。 之實驗測量 第7圖為本發明第二實施例手持式離心機之旋轉速率 結果0 第8圖為本發明第三實施例之—手持式離錢之示意圖。 第9圖為本發明帛四實施例之一手持式離心機之示意圖。 【主要元件符號說明】 0 手持式離心機 11 繩索 16 轉軸 13 慣性滾輪 閉合儲槽 21 主體 遮蓋 23 連接部 突出部 25 容置空間 過濾器 27 下部 參考值 31 參考值 手持式離心機 41 上殼體 開孔 43 凹槽 下殼體 45 隆起部 圓環 47 開孔 轉體 49 凸痕 轉軸 52 管線 彈簧片 56 螺絲 固定部 60 手持式離心機 轉軸 62 繩索 圓盤 64 支撐環 整體支撐環 70 手持式離心機

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Claims (1)

1276467 . > 十、申請專利範圍： 1· 一種手持式離心機，包含有： 1 /慣性主體，其包含有一輪軸與一對與該輪軸耦接之慣性滾 輪，直該輪軸之一端係連接於一繩索；以及 直少一閉合儲槽(closed vessel)配置於該慣性主體上，用以容置 一離心分離之樣本。 φ 2·如申明專利範圍第1項所述之手持式離心機，其中該閉合儲槽 具有過濾器，用來維持該閉合儲槽内之樣本於離心分離後之 狀態。 3·如申晴專概圍第2項所述之手持式離心、機，其巾該過滤器包 含一膠體。 魯4·如申請專利範圍第i項所述之手持式離心機，其中該手持式離 ^機匕3至乂閉合儲槽配置於該等慣性滚輪上。 5·如申料利細第丨項所述之手持式離心機，其中該閉合儲槽 係為一可分離之閉合儲槽。 6. *中請專利範圍第〗項所述之手持式離心機，其中該等閉合儲 槽之間係依照相等角度排列。 1276467 7. 如申請專利範圍第！項所述之手持式離心機， 包含一溶解緩衝液(lysis buffer)。 其中該閉合儲槽 分 & =請專利範圍第！項所述之手持式離心機，其中該閉合儲槽 ^-分_(sepamiGnagent)，用來從崎本中分離所需之成 籲9· -種手持式離心機，包含幸： 迴轉儀(gyroscope)，該迴轉儀包含一轉體(r〇t〇r)、一耦接該 轉體之一轉軸之圓環(ring)以及一耦接該圓環之殼體(case);以及 至少一閉合儲槽設置於該迴轉儀内，用以容置一離心分離之樣 本。 、 10·如申請專利範圍第9項所述之手持式離心機，其中該轉體另具 有一管線(tube)，且該閉合儲槽係嵌入該管線内。 11·如申請專利範圍第9項所述之手持式離心機，其中該轉體另包 含至少一與該閉合儲槽耦接之彈性結構。 12·如申請專利範圍第Η項所述之手持式離心機，其中該彈性結 構係為一彈簧片(leaf spring)。 13·如申請專利範圍第9項所述之手持式離心機，其中該閉合儲槽 19 ⑧ 1276467 ^分離後之狀 包含-磁ϋ ’用來維持細合儲_樣本於離 其中該過濾器 14.如申請專利範園第13項所述之手持式離心機， 包含一膠體。 :=:。9項所述之一 ^ 述之手持式離心機，其+該· 17槽='=，手持式_’其中_合儲 18· 勺如人申__9項所述之手持式離錢，財關合儲槽 w 一分離劑㈣用來從該樣本中分離所需之成 20· —種手持式離心機，包含有： 一迴轉儀上部(gy_pe top)，該迴轉儀上部包含一轉轴、一環 20 1276467 繞轉軸之圓盤、以及一支撐該轉軸之支撐環；以及 至少一閉合儲槽設置於該迴轉儀上部内，用以容置一離心分離 之樣本。 2L如申請專利範圍第20項所述之手持式離心機，其中該迴轉儀 上部另包含一整體支撐環耦接該支撐環。 22.如申請專利範圍第20項所述之手持式離心機，其中該等閉合 儲槽間係依照相等角度排列。 23. —種手持式離心機，包含有： 一扁平迴旋棒(flatboomerang);以及 至少一閉合儲槽設置於該扁平迴旋棒上，用以容置一離心分離 之樣本。 24. 如申請專利範圍第23項所述之手持式離心機，其中該等閉合 儲槽係設置於該扁平迴旋棒之兩端。 21