TWI551344B - 流體混合結構 - Google Patents

Description

流體混合結構

本發明是有關於一種流體混合結構，且特別是有關於一種用於混合液體的流體混合結構。

近年來，微小化的生化分析系統已在積極的發展中，許多微小化的檢測裝置也已經被應用於各種不同檢測裝置中。微小化對生化分析系統的好處包括分析快速、定量準確、試樣所需量低以及節省空間等等優點，因而許多的檢測裝置都逐漸的朝微小化發展，甚至是整合在單一模組上。

目前的生化分析系統中，試樣液體與試劑液體可以在一微流道(micro-channel)結構進行混合後，便流入一生物晶片以檢測其生物特性。其中，微流道結構可以依據需求設計，以使微量的試樣液體與試劑液體在通過微流道結構時產生混合或分離部分成分。然而，受限於微流道的尺寸，當試樣液體與試劑液體的雷諾數(Reynolds number)較低時，試樣液體與試劑液體不易在微流道中藉由流動而混合均勻，此狀況將造成後續藉由生物晶片檢測混合液體所得的檢測結果失準。

本發明提供一種流體混合結構，適用於均勻混合試樣液體與試劑液體。

本發明的流體混合結構適於混合一試劑液體與一試樣液體。流體混合結構包括一第一流道、一混合凹槽、一第一擋塊、多個第二擋塊以及一第二流道。混合凹槽連通至第一流道。試劑液體與試樣液體經由第一流道流入混合凹槽。第一擋塊配置於混合凹槽內，以使混合凹槽藉由第一擋塊構成一環狀流道。第二擋塊配置於環狀流道內。試劑液體與試樣液體在環狀流道中混合成一混合液體。第二流道連通至混合凹槽。混合液體經由第二流道流出混合凹槽。

基於上述，在本發明的流體混合結構中，第一流道、混合凹槽以及第二流道彼此連通，其中第一擋塊配置於混合凹槽內，以使混合凹槽藉由第一擋塊構成一環狀流道，且第二擋塊配置於環狀流道內。如此，試劑液體與試樣液體經由第一流道流入混合凹槽，並在混合凹槽內混合成混合液體之後經由第二流道流出混合凹槽。藉此，試劑液體與試樣液體在環狀流道內受到第二擋塊的擾動，以提高混合的均勻度。據此，本發明的流體混合結構適用於均勻混合試樣液體與試劑液體。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧流體混合結構

102、104‧‧‧夾板

110‧‧‧容置凹槽

120‧‧‧第三流道

130‧‧‧混合凹槽

140‧‧‧第二流道

150‧‧‧第一流道

160‧‧‧液體採集器

162‧‧‧通孔

164‧‧‧通道

170a‧‧‧第一擋塊

170b‧‧‧第二擋塊

180‧‧‧沉降凹槽

190‧‧‧第四流道

d1、d2、d3‧‧‧深度

h1、h2、h3‧‧‧高度

D1、D21、D22‧‧‧直徑

D3、D4‧‧‧距離

L1‧‧‧試劑液體

L2‧‧‧試樣液體

R‧‧‧測量區

W1‧‧‧寬度

圖1是本發明一實施例的流體混合結構的俯視示意圖。

圖2是圖1的流體混合結構沿A-A’線的剖面示意圖。

圖3是圖1的流體混合結構沿B-B’線的局部剖視圖。

圖4是圖1的流體混合結構沿C-C’線的剖面示意圖。

圖1是本發明一實施例的流體混合結構的俯視示意圖。圖2是圖1的流體混合結構沿A-A’線的剖面示意圖。請參考圖1與圖2，在本實施例中，流體混合結構100包括容置凹槽110、第三流道120、混合凹槽130以及第二流道140，其中第三流道120連通至容置凹槽110，混合凹槽130連通至容置凹槽110，而第二流道140連通至混合凹槽130。本實施例的流體混合結構100可以採用兩片夾板102與104製作，而上述的容置凹槽110、第三流道120、混合凹槽130以及第二流道140即為配置在夾板102或者104上的凹槽或溝渠，並在夾板102與104採用雙面膠帶或其他適用的方式彼此接合之後位於夾板102與104之間，而上述的夾板102與104在製作完成後可配置於一殼體內，而使流體混合結構100作為一檢測模組之一部分。藉此，在圖1中，夾板102與104以及位在夾板102與104之間的結構(如容置凹槽110、第三流道 120、混合凹槽130以及第二流道140)以虛線繪示。此外，流體混合結構100更包括第一流道150。第一流道150連通至容置凹槽110，且混合凹槽130連通第一流道150。藉此，容置凹槽110適於容置未繪示的試樣液體，而未繪示的試劑液體適於經由第三流道120流至容置凹槽110。之後，試劑液體在容置凹槽110內挾帶試樣液體，而試劑液體與試樣液體經由第一流道150流入混合凹槽130，進而在混合凹槽130內混合成混合液體。換言之，兩種不同的液體(試劑液體與試樣液體)可在混合凹槽130內混合。此外，試劑液體與試樣液體在混合凹槽130內混合而成的混合液體可經由第二流道140流出混合凹槽130。詳如後續內容。

具體而言，在本實施例中，檢測模組更包括液體採集器160，配置於容置凹槽110。換言之，容置凹槽110可視為是位在夾板102與104上並連通至外界的凹陷結構，而液體採集器160適於採集試樣液體，並在採集試樣液體之後裝設在容置凹槽110上。如此，在試劑液體從第三流道120流入容置凹槽110之後，試劑液體流入裝設在容置凹槽110上的液體採集器160，並在液體採集器160中挾帶試樣液體之後經由第一流道150流入混合凹槽130。更進一步地說，液體採集器160具有彼此連通的通孔162與通道164。當液體採集器160配置在凹槽110內時，通道164與通孔162分別連通至第三流道120與第一流道150。如此，第三流道120、通道164、通孔162、第一流道150與混合凹槽130構成一條連續的流動路徑。試劑液體與試樣液體分別配置在上述的流動 路徑的不同處，例如試劑液體係以第三流道120作為初始位置，而試樣液體係以通孔162作為初始位置。如此，試劑液體可從第三流道120流入液體採集器160(位在容置凹槽110內)的通道164內，並在通孔162內挾帶試樣液體之後經由第一流道150流入混合凹槽130。然而，液體採集器160僅為本申請所提出一種用來採集試樣液體的實施方式。舉例而言，試樣液體也可以直接滴入容置凹槽110內，或以其他容器裝載後配置在容置凹槽110內，本申請不限制試樣液體的配置方式。

圖3是圖1的流體混合結構沿B-B’線的局部剖視圖。請參考圖1至圖3，在本實施例中，流體混合結構100更包括第一擋塊170a。第一擋塊170a配置於混合凹槽130內，以使混合凹槽130藉由第一擋塊170a構成環狀流道。具體而言，混合凹槽130大致上呈現圓形，且其容積較佳地是大於容置凹槽110、第三流道120、第二流道140與第一流道150的容積。此外，第一擋塊170為圓柱狀，其較佳地配置在混合凹槽130的中間部分，使混合凹槽130未被第一擋塊170佔據之處構成環狀流道。如此，混合凹槽130可用以混合從容置凹槽110經由第一流道150流入的試劑液體與試樣液體，而混合凹槽130藉由第一擋塊170a構成環狀流道有助於試劑液體與試樣液體的混合。更進一步地說，當試劑液體L1(在圖3中以箭頭表示)在液體採集器160中挾帶試樣液體L2(在圖3中以填充於通孔162中的斜線表示)時，試樣液體L2被試劑液體L1帶動而隨著試劑液體L1一併流出液體採集器160， 並經由第一流道150流入混合凹槽130。換言之，在試劑液體L1與試樣液體L2流入混合凹槽130之前，兩者並未充分混合。待試劑液體L1與試樣液體L2一併流入混合凹槽130之後，由於混合凹槽130具有較大的容積，且混合凹槽130藉由第一擋塊170a構成環狀流道(如圖1所示)，故試劑液體L1與試樣液體L2可在混合凹槽130所構成的環狀流道內流動而彼此混合。

此外，在本實施例中，流體混合結構100更包括多個第二擋塊170b。第二擋塊170b配置於混合凹槽130所呈現的環狀流道內。試劑液體L1與試樣液體L2在混合凹槽130的環狀流道中藉由流經第二擋塊170b而混合成混合液體。換言之，本實施例的流體混合結構100除了藉由第一擋塊170a而使混合凹槽130呈現環狀流道之外，還藉由第二擋塊170b增加混合效果。其中，第二擋塊170b分布在環狀流道中，且第二擋塊170b的尺寸不一致。舉例而言，第二擋塊170b可為圓柱狀，但本發明並不限制第二擋塊170b的形狀。其中，第一擋塊170a的直徑D1大於第二擋塊170b的直徑D21與D22，故第一擋塊170a係用來構成環狀流道，而第二擋塊170b係在環狀流道中構成擾動結構，以使流入環狀流道的試劑液體L1與試樣液體L2受到第二擋塊170b的擾動而均勻混合。較佳地，第二擋塊170b的直徑D21與D22並不相同，且各第二擋塊170b的圓心與第一擋塊170a的圓心之間的距離D3與D4並不相同，即各第二擋塊170相對於第一擋塊170a的位置並不相同。此外，在本實施例中，環狀流道的寬度W1介於第二擋 塊170b的直徑D21與D22之兩倍與三倍之間。亦即，相對於環狀流道，第二擋塊170b的尺寸較小，以作為擾動結構，且其在環狀流道內的分布密度可依據需求調整。

如此，在試劑液體L1與試樣液體L2流入混合凹槽130之後，試劑液體L1與試樣液體L2在混合凹槽130所構成的環狀流道內流動，並受到不規則排列的第二擋塊170b的擾動而產生渦流(vortex)。換言之，試劑液體L1與試樣液體L2在配置於容置凹槽110的液體採集器160中匯流之後進入混合凹槽130，並在混合凹槽130內流動的同時受到第二擋塊170b的擾動而彼此混合。據此，本實施例的流體混合結構100適用於均勻混合試劑液體L1與試樣液體L2。換言之，即使採用低雷諾數的試劑液體L1與試樣液體L2而使試劑液體L1與試樣液體L2具有較低的流動性，試劑液體L1與試樣液體L2也可由混合凹槽130與第一擋塊170a所構成的環型流道中流動並受到第二擋塊170b的擾動而達到均勻混合。然而，上述實施方式僅是用以說明本發明的優點，本發明不限於使用低雷諾數的液體作為試劑液體L1與試樣液體L2。在試劑液體L1與試樣液體L2均勻混合成未繪示的混合液體之後，混合液體即可經由第二流道140流出混合凹槽130。

圖4是圖1的流體混合結構沿C-C’線的剖面示意圖。請參考圖1至圖4，在本實施例中，流體混合結構100如前所述可採用兩片夾板102與104所構成，故前述的流道與凹槽可為配置在夾板102與104的溝渠或凹陷。如此，當溝渠或凹陷具有不同的 深度而使流道或凹槽位在不同的水平高度時，試劑液體與試樣液體可藉此在其中流動，或者產生沉澱或分離現象。舉例而言，在本實施例中，第三流道120相對於一基準面(例如是夾板104的底面)的高度h1高於容置凹槽110相對於前述基準面的高度h2，以使第三流道120與容置凹槽110之間存在高度落差，如圖2與圖3所示。藉此，試劑液體L1(繪示於圖3)可經由位置較高的第三流道120流至位置較低的容置凹槽110。再者，在本實施例中，容置凹槽110相對於前述基準面的高度h2高於第一流道150相對於前述基準面的高度h3，以使容置凹槽110與第一流道150之間存在高度落差，如圖2與圖3所示。藉此，試劑液體L1與試樣液體L2(繪示於圖3)可從位置較高的容置凹槽110流入位置較低的第一流道150。此外，在本實施例中，混合凹槽130的深度d1大於第二流道140的深度d2，即混合凹槽130的底部低於第二流道140的底部，以使混合凹槽130與第二流道140之間存在高度落差，如圖4所示。藉此，試樣液體與試劑液體在混合凹槽130中混合成混合液體之後，混合液體在混合凹槽130中經由沉降而分離出部分成分。其中，由於混合凹槽130與第二流道140之間存在高度落差，故從混合液體分離出的部分成分沉降在混合凹槽130的底部，而分離出部分成分之後的混合液體藉由高度落差而從第二流道140流出混合凹槽130。

再者，檢測模組還包括多個沉降凹槽180與第四流道190。沉降凹槽180連接第二流道140與第四流道190，故混合液 體可經由第二流道140從混合凹槽130流入沉降凹槽180。類似地，沉降凹槽180的深度d3大於第四流道190的深度(未標示)，即沉降凹槽180的底部低於第四流道190的底部，以使沉降凹槽180與第四流道190之間存在高度落差，如圖4所示。藉此，在混合液體從混合凹槽130經由第二流道140流入降凹槽180之後，混合液體可在沉降凹槽180中經由沉降而分離出部分成分。換言之，已在混合凹槽130中分離出部分成分的混合液體可再次在沉降凹槽180中經由沉降而分離出部分成分，並在分離出部分成分之後藉由高度落差而從第四流道190流出沉降凹槽180。由此可知，藉由設置不同數量與不同深度的沉降凹槽180，可使混合液體在其流動過程中經由沉降而依序分離出不同成分。如此，沉降凹槽180的數量以及沉降凹槽180與第四流道190的配置與否可依據需求作調整，本發明不以此為限制。之後，混合液體藉由混合凹槽130與沉降凹槽180所分離出的部分成分或者分離出部分成分後的混合液體可用於進行檢測。

請再次參考圖1，檢測模組更包括測量區R，且測量區R連通至第二流道140。具體而言，由於本實施例的流體混合結構100採用沉降凹槽180與第四流道190，故本實施例的測量區R連通至第二流道140的具體實施方式為使第四流道190流經測量區R。如此，未繪示的生物晶片適於配置於測量區R，而混合液體適於藉由第二流道140、沉降凹槽180與第四流道190流經位在測量區R的生物晶片，以藉由生物晶片檢測分離出部分成分後的混合 液體的生物特性。更進一步地說，在本實施例中，試樣液體例如是血液，而試劑液體例如是磷酸緩衝生理食鹽水(Phosphate buffered saline，PBS)，但本發明不限制試樣液體與試劑液體的種類。依據試樣液體的種類以及所需檢測的項目，試劑液體的種類亦可對應調整。試樣液體與試劑液體在混合凹槽130內產生生化反應並混合成混合液體之後，混合液體依序在混合凹槽130以及沉降凹槽180內經由沉降而分離出部分成分(例如是紅血球)，而後才藉由位在測量區R的生物晶片檢測分離出部分成分之後的混合液體的生物特性。此外，在本實施例中，位在測量區R的生物晶片可另電性連接至未繪示的一檢測系統。當分離出部分成分後的混合液體流經生物晶片之後，生物晶片便可檢測混合液體，並產生包含一生物特性之電訊號至檢測系統，進而可藉由檢測系統得知混合液體的生物特性。

換言之，由於本實施例的試樣液體與試劑液體在藉由生物晶片檢測之前已在混合凹槽130內達到充分混合，故可提高藉由生物晶片檢測混合液體的生物特性的準確性。據此，本實施例的流體混合結構100可用以在藉由生物晶片檢測混合液體的生物特性之前均勻混合試劑液體與試樣液體，以得到較為準確的檢測結果。此外，檢測模組還可依據需求配置有未繪示的廢液凹槽。廢液凹槽連通至第四流道190，且測量區R位在第二流道140與廢液凹槽之間，即流經第四流道190的混合液體會先經過測量區R之後才流入並集中至廢液凹槽。藉此，廢液凹槽可用以收集使用 過(已藉由生物晶片檢測之後)的混合液體。如此，待使用過的混合液體透過第四流道190流入並集中至廢液凹槽之後包含此流體混合結構100的檢測模組即可拋棄，而不需將使用過後的液體取出。然而，本發明不限制廢液凹槽的配置與否，其可依據需求選擇。

綜上所述，在本發明的流體混合結構中，第一流道、混合凹槽以及第二流道彼此連通，其中混合凹槽藉由第一擋塊構成環狀流道，而第二擋塊配置在環狀流道內。如此，試劑液體適於在混合凹槽的環狀流道內混合成混合液體，並另經由第二流道流出混合凹槽。藉此，試劑液體與試樣液體在混合凹槽的環狀流道內受到第二擋塊的擾動而產生渦流，以在流動過程中同時達到均勻混合的功能。據此，本發明的流體混合結構適用於均勻混合試樣液體與試劑液體，且流體混合結構可應用在於採用生物晶片的檢測模組，以在後續藉由生物晶片檢測混合液體的生物特性時得到較為準確的檢測結果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧流體混合結構

102‧‧‧夾板

110‧‧‧容置凹槽

120‧‧‧第三流道

130‧‧‧混合凹槽

140‧‧‧第二流道

150‧‧‧第一流道

170a‧‧‧第一擋塊

170b‧‧‧第二擋塊

180‧‧‧沉降凹槽

190‧‧‧第四流道

D1、D21、D22‧‧‧直徑

D3、D4‧‧‧距離

R‧‧‧測量區

W1‧‧‧寬度

Claims (6)

1. 一種流體混合結構，適於混合一試劑液體與一試樣液體，該流體混合結構包括：一第一流道；一混合凹槽，連通該第一流道，該試劑液體與該試樣液體經由該第一流道流入該混合凹槽；一第一擋塊，配置於該混合凹槽內，以使該混合凹槽藉由該第一擋塊構成一環狀流道；多個第二擋塊，分布在該環狀流道內，該試劑液體與該試樣液體在該環狀流道中混合成一混合液體；以及一第二流道，連通至該混合凹槽，該混合液體經由該第二流道流出該混合凹槽。
2. 如申請專利範圍第1項所述的流體混合結構，其中該第一擋塊與該些第二擋塊為圓柱狀，且該些第二擋塊的直徑並不相同。
3. 如申請專利範圍第2項所述的流體混合結構，其中該第一擋塊的直徑大於該些第二擋塊的直徑。
4. 如申請專利範圍第2項所述的流體混合結構，其中該些第二擋塊的圓心與該第一擋塊的圓心之間的距離並不相同。
5. 如申請專利範圍第2項所述的流體混合結構，其中該環狀流道的寬度介於該些第二擋塊的直徑之兩倍與三倍之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述的流體混合結構，其中該混合凹槽的深度大於該第二流道的深度。