TWI582427B

TWI582427B - 流體檢測裝置

Info

Publication number: TWI582427B
Application number: TW105109808A
Authority: TW
Inventors: 何思賢; 魏嘉俊; 陳宏維
Original assignee: 光寶電子（廣州）有限公司; 光寶科技股份有限公司
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2017-05-11
Also published as: TW201734461A

Description

流體檢測裝置

本發明有關於一種檢測裝置，更特別是有關於一種流體檢測裝置。

現今具有流道或微流道的流體檢測裝置是一個相當熱門的主題。在一般的流體檢測的過程中，待測流體會經由流體檢測裝置的流道進入槽室，以便在槽室中進行混合或反應。當待測流體由流道進入槽室時，容易在待測流體充滿槽室前，就在槽室形成氣泡而不利於檢測。

再者，由於流道或微流道系統的內徑細微，常需要使用微泵或離心力作為驅動力驅動流體樣本。但是各類型微泵大多成本高昂、穩定性不足，而離心過程容易產生高熱，可能破壞樣本，而這兩種技術方案亦無法避免管路中混入氣泡並滯留在槽室中。

由於氣泡在槽室中會大大影響檢測讀值的準確性而造成誤判，且現今的流體檢測裝置皆無法以簡易方式避免於槽室中形成氣泡，故需要有特別的流體檢測裝置來解決上述存在的問題。而且當檢測樣本是採自較難取得的特殊人體生醫檢體或其他化學待分析物時，若能減少檢體用量，將是一大優點。

為改善習知技術問題，本發明提出一種流體檢測裝置，不需任何動件作為其驅動力，可輕易操作；該流體檢測裝置的槽室可避免氣泡產生與滯留，使檢測結果不受氣泡干擾，而且該流體檢測裝置可設計降低對待測物的需求使用量，有效地降低成本，並利用結構設計，有助光學聚焦檢測。

本發明提供一種流體檢測裝置，包括：至少一流道，包括一流道頂面和一流道底面，該流道頂面和該流道底面間具有一第一間距；至少一槽室，與該至少一流道相連通，使一流體由該至少一流道流入該至少一槽室，並包括一槽室頂面、一槽室底面以及一流體充滿區，至少有一部份的該流體充滿區的該槽室頂面與對應的該槽室底面具有一第二間距，其中該第二間距小於該第一間距；以及一通口，與該至少一槽室和外界連通。

較佳地，在該流體充滿區周圍的該槽室頂面或/和該槽室底面形成一面，該面與該槽室頂面或/和該槽室底面之間形成一段差。

較佳地，該槽室還包括一側壁，連接至少該槽室頂面和該槽室底面之一，該側壁與該流體充滿區的周圍有一間隔。

較佳地，至少有一部份的該流體充滿區的該槽室頂面與對應的該槽室底面兩者或之一具有一拋物球面。

本發明提供另一種流體檢測裝置，包括一試片本體。該試片本體包括：複數個流道，各流道包括一流道頂面和一流道底面，該流道頂面和該流道底面間具有一第一間距；複數個槽室，與各對應的該複數個流道相連通，使一流體由該等流道流入對應的該槽室，各槽室包括一槽室頂面、一槽室底面以及一流體充滿區，至少有一部份的該流體充滿區的該槽室頂面與對應的該槽室底面具有一第二間距，其中該第二間距小於該第一間距；以及至少一個通口，與該複數個槽室和外界連通。

本發明還提供另一種流體檢測裝置，包括一試片本體。該試片本體包括：複數個流道，各流道包括一流道頂面和一流道底面，該流道頂面和該流道底面間具有一第一間距；複數個槽室，與各對應的該複數個流道相連通，使一流體由該等流道流入對應的該槽室，各槽室包括一槽室頂面、一槽室底面以及一流體充滿區，至少有一部份的該流體充滿區的該槽室頂面與對應的該槽室底面具有一第二間距；一流體容納槽，設置於該試片本體的一端，用以置入該流體並與該複數個流道相連通；以及至少一個通口，與該複數個槽室和外界連通；其中，該複數個流道中長度較短的流道具有較小的寬度以及長度較長的流道具有較大的寬度，以使該流體置入該流體容納槽後經由該各流道同時到達對應的該各槽室。

本發明的流體檢測裝置提供多流道和多槽室的實施態樣，在每個流道的起始端互相連通的設計下，使用者可以在一次操作中對該多個流道同時注入待測流體，在同一待測流體需要進行多次或多種檢測的情形下，這樣的構型可以減少操作次數、節省時間，更因為只需進行一次注入待測流體的操作，人為操作產生的誤差也可以大幅地被降低。

1‧‧‧流體檢測裝置

11‧‧‧槽室

111‧‧‧槽室頂部

1111‧‧‧槽室頂面

1111’‧‧‧槽室頂面

1111”‧‧‧槽室頂面

1111a‧‧‧頂部子面

1111b‧‧‧頂部突出面

1111b’‧‧‧頂部突出面

1111b”‧‧‧頂部突出面

1111c‧‧‧銜接面

1111c’‧‧‧銜接面

1111d‧‧‧邊緣

112‧‧‧槽室底部

1121‧‧‧槽室底面

1121’‧‧‧槽室底面

1121”‧‧‧槽室底面

1121a‧‧‧底部子面

1121b‧‧‧底部突出面

1121b’‧‧‧底部突出面

1121b”‧‧‧底部突出面

1121c‧‧‧銜接面

1121c’‧‧‧銜接面

1121d‧‧‧邊緣

113‧‧‧側壁

114‧‧‧流體充滿區

12‧‧‧流道

121‧‧‧流道頂部

1211‧‧‧流道頂面

122‧‧‧流道底部

1221‧‧‧流道底面

123‧‧‧流道末端

13‧‧‧穿孔

14‧‧‧溝道

141‧‧‧溝道壁

151‧‧‧側壁

2‧‧‧待測流體

21‧‧‧液面

61‧‧‧引導面結構

62‧‧‧引導面結構

7‧‧‧流體檢測裝置

71‧‧‧第一片體

711‧‧‧第一面

712‧‧‧第二面

713‧‧‧槽室頂部

7131‧‧‧槽室頂面

7132‧‧‧流體充滿形成件

71321‧‧‧柄狀部

71322‧‧‧圓狀本體

71323‧‧‧外周緣

71324‧‧‧拋物球面

7133‧‧‧凹槽

7134‧‧‧通口

71331‧‧‧凹槽壁

71332‧‧‧凹槽壁

71333‧‧‧凹槽頂面

7133a‧‧‧通槽

72‧‧‧第二片體

721‧‧‧流體容納槽底部

722‧‧‧主流道底部

7231‧‧‧流道底面

723a‧‧‧次流道底部

723b‧‧‧次流道底部

723c‧‧‧次流道底部

724‧‧‧槽室底部

7241‧‧‧槽室底面

7242‧‧‧壁

725‧‧‧上表面

73‧‧‧流體容納槽

74‧‧‧主流道

75a‧‧‧次流道

75b‧‧‧次流道

75c‧‧‧次流道

76‧‧‧槽室

761‧‧‧側壁

762‧‧‧流體充滿區

A-A’‧‧‧割線及其視角

B-B’‧‧‧割線及其視角

D-D’‧‧‧割線及其視角

E-E’‧‧‧割線及其視角

a‧‧‧內徑最小的毛細管

b‧‧‧內徑中等的毛細管

c‧‧‧內徑最大的毛細管

本發明之特徵及功效將參照圖式，以實施方式清楚呈現，其中：第1(a)圖是本發明流體檢測裝置第一實施例的縱向剖面圖；第1(b)圖是沿第1(a)圖中割線A-A’的剖面圖；第1(c)圖是沿第1(a)圖中割線B-B’的剖面圖；第2圖是流體檢測裝置1中流體從流道流入槽室的示意圖；第3(a)圖及第3(b)圖是基於第1(a)圖的其他實施態樣的示意圖；第4圖是基於第1(a)圖具有導引面的實施例縱向剖面圖；第5圖是根據第1(a)圖所衍生出具有溝道的實施例的示意圖；第6(a)圖至第6(c)圖是基於第1(a)圖的其他實施態樣的示意圖；第7圖是本發明的第二實施例的示意圖；第8(a)圖是第7圖實施例的爆炸圖；第8(b)圖是第一片體內面的立體示意圖；第9(a)圖是第7圖實施例的俯視圖；第9(b)圖及第9(c)圖是沿第9(a)圖中割線D-D’及E-E’的剖面圖；第9(d)圖是沿第9(a)圖中割線E-E’的另一實施例剖面圖；第9(e)圖及第9(f)圖是沿第9(a)圖中割線D-D’及E-E’的再一實施例剖面圖；第10(a)圖是測試過程開始被記錄時的影像；第10(b)圖是開始紀錄後0.2秒的影像；以及第10(c)圖是開始紀錄後5.2秒的影像。

請參閱第1(a)、1(b)及1(c)圖，其分別為本發明流體檢測裝置第一實施例的縱向剖面圖，及沿第1(a)圖中割線A-A’及B-B’的剖面圖。在本發明第一實施例中的流體檢測裝置1包含槽室11、流道12及穿孔13，其中，槽室11包含槽室頂部111、槽室底部112及側壁113，流道12包含流道頂部121、流道底部122及流道末端123，槽室頂部111與流道頂部121相連接，槽室底部112與流道底部122相連接，槽室11經由流道末端123與流道12連通。槽室頂部111包含槽室頂面1111，槽室底部112包含槽室底面1121，其中槽室頂面1111包含頂部子面1111a、頂部突出面1111b和銜接面1111c，槽室底面1121包含底部子面1121a、底部突出面1121b和銜接面1121c，流道頂部121包含流道頂面1211，流道底部122包含流道底面1221。銜接面1111c和銜接面1121c分別是由槽室頂面1111的頂部突出面1111b以及由槽室底面1121的底部突出面1121b延伸形成的一面，頂部突出面1111b和銜接面1111c之間以及底部突出面1121b和銜接面1121c之間各形成一段差S，銜接面1111c也可稱為段差面，如第1(b)及1(c)圖所示，其是一個環繞面。此外，頂部突出面1111b藉由銜接面1111c與頂部子面1111a銜接，頂部突出面1111b與銜接面1111c的連接處有一邊緣1111d；底部突出面1121b藉由銜接面1121c與底部子面1121a連接，底部突出面1121b與銜接面1121c的連接處有一邊緣1121d。

請參閱第2圖，其為流體檢測裝置1中流體從流道流入槽室的示意圖。一待測流體2(例如血液、尿液、DNA、過敏原或化學物等液態分析物)，由該流體檢測裝置1內的流道12經過流道末端123，流入該流體檢測裝置1的槽室11以進行各種作用，例如反應或混合等。槽室11可以是反應槽或是混合槽。槽室11的槽室頂部111及槽室底部112較佳以透光性良好的材料製造，以利於光學檢測待測流體2。

為避免待測流體2從流道12進入槽室11後，槽室11內的空氣緩慢或無法從穿孔13排出外界而形成氣泡滯留在槽室11內，而影響檢測的進行與結果，在槽室11易產生氣泡的區域，設置頂部突出面1111b和底部突出面1121b，使槽室11截面相較於流道12截面縮小，用以將待測流體2由流道末端123進入槽室11後產生較大毛細力以牽引並展開待測流體2，並將待測流體2侷限在一需求區域裡，也就是流體充滿區114，此需求區域可做為待測流體2的檢測區域，由於頂部突出面1111b與底部突出面1121b的間距H2小於流道頂面1211及流道底面1221的間距H1，待測流體2在這個範圍內被牽引的速度較快，而且進一步地，槽室11的側壁113與流體充滿區114具有一間隔，在此實施例中，鄰接頂部突出面1111b的銜接面1111c和鄰接底部突出面1121b的銜接面1121c大致構成流體充滿區114的外周緣，此外周緣與側壁113具有間隔D，使得側壁113儘可能不對流入槽室11的流體產生吸附力而影響流體流動，因此槽室11內的空氣可順利排出而避免氣泡產生並滯留在槽室11內。

再者，由於頂部突出面1111b與底部突出面1121b的段差S結構，可對待測流體2產生拘束力，而將待測流體2盡可能被保留在頂部突出面1111b或底部突出面1121b間的範圍內(即流體充滿區)，如第2圖的液面21所示，如此可調整或降低對待測流體2的使用需求量。

第3(a)圖與第3(b)圖係揭露了基於第1(a)圖的頂部突出面1111b與底部突出面1121b的其他實施態樣。在第3(a)圖中，頂部突出面1111b’與底部突出面1121b’是一凸透鏡，在進行檢測時凸透鏡可以提供額外的放大倍率，或亦可在平面的突出面上，例如第1(a)圖的1111b、1121b，再行設置一凸透鏡結構。在第3(b)圖中，槽室11具有垂直於銜接面1121c’的平面底部突出面1121b”，且凸透鏡結構形成於相對底部突出面1121b”位置的槽室頂部111外表面上。另外，頂部突出面1111b的銜接面1111c和底部突出面1121b的銜接面1121c可以是一階(如前述態樣)或多階段差面或是曲面。在本發明提及的所有實施態樣中的頂部突出面1111b與底部突出面1121b的形狀結構，不限於圖示所表示者。

參考第4圖，為了降低讓待測流體2先受到槽室11周圍的側壁113產生的附著力牽引而先沿槽室11側壁113漫流而影響氣泡形成或降低待測流體流到槽室非檢測區域的機會，可進一步在流道末端123分別銜接槽室11中的頂部突出面1111b和底部突出面1121b之間設置截面漸縮的導引面結構61、62，協助待測流體2在進入槽室11時就進入流體充滿區114的範圍。

參考第5圖，當頂部突出面1111b’與底部突出面1121b’是一凸透鏡結構(基於第3(a)圖)時，在槽室底面1121上，鄰近底部突出面1121b’的底部子面1121a形成一溝道14圍繞底部突出面1121b’，溝道14具有一溝道壁141與鄰近底部突出面1121b’的底部子面1121a形成一段差S，以進一步拘束待測流體而形成流體充滿區114。溝道14的形狀不限於此實施例，例如可以是V形溝道，並且亦可設置在槽室頂面1111上鄰近頂部突出面1111b’的頂部子面1111a上。段差S的結構可單獨或同時設置在槽室頂面1111和槽室底面1121。

參考第6(a)圖至第6(c)圖，是槽室頂面1111和槽室底面 1121的其他實施態樣。在第6(a)圖和第6(b)圖中，頂部突出面和底部突出面涵蓋整個凸槽室頂面1111’、1111”和槽室底面1121’、1121”，形成比流道截面較窄的截面，也就是槽室頂面1111’、1111”和槽室底面1121’、1121”的間距H2小於流道頂面1211及流道底面1221的間距H1，側壁151與槽室頂面1111’、1111”形成一段差S，以拘束待測流體2而形成流體充滿區114。在第6(c)圖中，頂部突出面1111b”和底部突出面1121b”形成比流道截面較窄的截面，銜接面1111c’和銜接面1121c’與頂部突出面1111b”和底部突出面1121b”形成一段差S，以拘束待測流體而形成流體充滿區114。

在本發明提及的所有實施態樣中，頂部突出面與底部突出面的結構可單獨或同時設置在槽室頂面和槽室底面，只要能讓槽室頂面和槽室底面的間距H2小於流道頂面及流道底面的間距H1即可，不限於圖示所表示者。另外，本發明提及的槽室亦可以與其他流道、槽室或構件再連通或連接，不限於圖示所表示者。

請參閱第7圖，其為本發明的第二實施例，是一種具有多流道和多槽室的流體檢測裝置7，此流體檢測裝置7，例如是一種檢測試片，具有一個試片本體，主要由第一片體71及第二片體72所構成，且包含流體容納槽73、主流道74、次流道75a、75b、75c及複數個槽室76，其中流體容納槽73連接至主流道74，主流道74分別連接至次流道75a、75b、75c的一端，次流道75a、75b、75c的另一端(末端)分別連接至其對應的槽室76。該試片本體的構造並不限於圖示所表示者，該試片本體可以是一件式、兩件式或多件式的構造。另外，本發明以檢測試片為例的流體檢測裝置，亦可以是只有設置單一流道對應單一槽室，而且本發明的流體檢測裝置的結構亦可應用在試片以外的其他檢測裝置。

請參閱第8(a)圖及第8(b)圖，第8(a)圖為第7圖實施例的爆炸圖；第8(b)圖為第一片體內面的立體示意圖。由第8(a)圖可知，第一片體71具有第一面711和第二面712(在此實施例中，第一面是第一片體71的外面，第二面是第一片體71的內面)，並包含複數個直線排列的槽室頂部713，其中槽室頂部713是從第一片體71的內面712形成，具有槽室頂面7131並包含流體充滿形成件7132及凹槽7133，流體充滿形成件7132從第一片體71中次流道頂部末端延伸形成，其具一柄狀部71321和一圓狀本體71322，但圓狀本體71322形狀並不限於此，可以是菱形體、橢圓體、不對稱體或其他形狀體，流體充滿形成件7132被呈馬蹄形的凹槽7133環繞，凹槽7133係凹設在第一片體71後端的內面712，通口7134可設置於凹槽7133的任意位置以使槽室76可與外界連通，在此實施例中，通口7134是一穿孔且較佳是設置於第一片體71的第一面711並與次流道末端相對的位置(如第8(a)圖所示)。第二片體72包含流體容納槽底部721、主流道底部722、次流道底部723a、723b、723c及複數個槽室底部724，這些底部係各為凹設在第二片體72的上表面725的凹槽及凹道，各流道底部具有一流道底面7231，各槽室底部724具有一槽室底面7241，其中次流道底部723a、723b、723c的內徑(寬度)尺寸由小至大而其長度亦由短至長。

如第7圖所示，當第一片體71及第二片體72結合後，複數個槽室頂部713和其分別對應的複數個槽室底部724形成複數個槽室76，槽室76具有側壁761(如第9(c)圖所示)是由槽室頂部713的凹槽壁71331與槽室底部724的壁7242共同構成，並與流體充滿形成件7132的外周緣71323具有一間隔，就是凹槽7133的寬度，可使得側壁761儘可能不對流入槽室76的流體產生吸附力。第二片體72中的流體容納槽底部721、主流道底部722和次流道底部723a、723b、723c亦會和第一片體71朝向第二片體72的第二面712形成流體容納槽73、主流道74和次流道75a、75b、75c。各流道頂部的流道頂面7121是由第一片體71的第二面712形成。流道頂面7121與流道底面7231之間具有第一間距H1，由於第一片體71較第二片體72小，流體容納槽73的前部分731會露出部分的流體容納槽底部721而形成開口，可供待測試流體注入，流體容納槽73的後部分732因被第一片體71蓋住，有助將注入的待測試流體吸入主流道74內。第一片體71及第二片體72較佳是以透光材料所製成，以便利用光學方式測試分析檢體。槽室頂部713的槽室頂面7131相對於槽室底部724的槽室底面7241。上述第一片體71和第二片體72上形成的槽室頂部713、槽室底部724、各流道底部和各流道頂部的結構亦可互換，或是在槽室頂部713與槽室底部724都形成如流體充滿形成件7132的結構。

請參閱第9(a)、9(b)、9(c)圖，其分別為第7圖的俯視圖和沿第9(a)圖中割線D-D’及E-E’的剖面圖。槽室76具有流體充滿區762，係由第一片體71的流體充滿形成件7132和其所對應的第二片體72中的槽室底部724所界定，並被凹槽7133圍繞。在此實施例中，流體充滿形成件7132的圓狀本體71322的內面具有一突出的拋物球面71324以構成流體充滿區762的部分槽室頂面7131(在此實施例中，槽室頂面7131包含柄狀部71321的內面、拋物球面71324及凹槽頂面71333)，此拋物球面71324不但可形成光學透鏡有助光學聚焦檢測，且使流體充滿區762的該部分槽室頂面7131與對應的槽室底面7242具有第二間距H2，其中該第二間距H2小於各流道的該第一間距H1，也就是在流體充滿形成件7132的圓狀本體71322形成截面漸縮結構。在其他實施例中，流體充滿形成件7132的柄狀部71321亦可形成截面漸縮結構，有助於流體從各次流道末端進入槽室76時即產生較大的毛細力，效果更好。本發明的流體檢測裝置可選擇在槽室76內易產生氣泡處的一預定範圍形成截面漸縮結構，不限於是整個圓狀本體71322的範圍，例如可以是在前半部的圓狀本體71322做截面漸縮結構，此預定範圍會隨槽室76的形狀大小或流道內徑大小而有不同的設計。

當待檢測流體被注入流體容納槽73後，便會被吸入經由主流道74，分別流入次流道75a、75b、75c和各自對應的槽室76。當待檢測流體從各次流道末端流入對應的槽室76時，由於流體充滿區762的至少一部份截面(即流體充滿形成件7132的圓狀本體71322上的拋物球面71323)相較各次流道的截面具有漸縮截面(如第9(b)圖中拋物球面71324的中間部分所示)而產生較大的毛細力，且流體充滿區762與槽室76側壁761具有一間隔，使得槽室76的空氣很順利經由穿孔7134被排到槽室76外，而不會停留在槽室76內生成氣泡，妨礙檢測，可解決習知技術容易在槽室的中央產生氣泡不易排出的問題。再者，由於第一片體71的凹槽壁71332和流體充滿形成件7132所構成流體充滿區762的槽室頂面7131的銜接處形成一段差S，待檢測流體只會進入槽室76的流體充滿區762，並會大致上停佇在流體充滿區763或頂多滲出些許至凹槽7133而不會漫流入凹槽7133，如此的設計可達到減少對待檢測流體的需用量的優點。段差S結構亦可設置在槽室底部72的槽室底面7241或在槽室頂部713的槽室頂面7131與槽室底部72的槽室底面7241兩者。

請參閱第9(d)圖，其為沿第9(a)圖中割線E-E’的另一實施例剖面圖。第一片體71於凹槽7133的凹槽頂面71333被鏤空而形成穿槽7133a，讓槽室76的空氣可以排出，其餘結構與第9(c)圖無異。本發明流體檢測裝置的通口無論是穿孔7134或穿槽7133a的形式，可以只設置一個通口在該試片本體並連通於該複數個槽室，並不限於圖示所表示的需要對應該複數個槽室各設置一個通口。

請參閱第9(e)圖及第9(f)圖，其分別為為沿第9(a)圖中割線D-D’及E-E’的再一實施例剖面圖。從第9(e)圖及第9(f)圖可知，槽室底面7241上設置有拋物球面72411，對應流體充滿形成件7132的圓狀本體71322上的拋物球面71324，其餘結構與第9(b)圖及第9(c)圖無異。

此實驗以a、b及c三隻直立設置的毛細管進行，a、b、c三隻毛細管的內徑依序由大至小，其內徑尺寸比為1.00：0.57：0.39。a、b及c毛細管底端對齊後，同時接觸血液液面，並以錄影紀錄這三隻毛細管的開口接觸血液後每個液柱上升的狀況。參考第10(a)圖至第10(c)圖，分別為實驗開始錄影後0、0.2、5.2秒的影像紀錄。由於毛細管內徑尺寸越大阻力較小，血液流速較快，而毛細管內徑尺寸越小阻力較大，血液流速較慢，所以，如第 10(b)圖所示，在各毛細管接觸血液0.2秒後，毛細作用可牽引血液的距離比約為1.00：1.76：2.06。在5.2秒的時候，各毛細管的液柱幾乎不再上升，如第10(c)圖所示，此時，因毛細力作用較大，內徑尺寸越小的毛細管的血液液面會拉伸較高。根據該實驗結果，本發明的流體檢測裝置7的多流道可依實際需求設計，其中，流道74、75a、75b和75c呈放射狀排列設置，中間流道75a路徑較短，設計其為較細的管徑寬度，兩旁流道75b、75c路徑愈往外較長，則設計其等的管徑寬度較粗，以便流體速度可較快，如此就能讓流體檢測裝置7的所有流道的流體大致同時進入槽室76。本發明流體檢測裝置的多流道和多槽室的構型，不限於此實施例的排列形狀，亦可以視實際需求設計其他構型。