TWI715786B - 屏障隔離體 - Google Patents

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TWI715786B
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山本寛純
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日商澁谷工業股份有限公司
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Abstract

本發明揭示一種隔離體，其包括與該外部大氣隔離的一操作室；用於打開與關閉該操作室上所形成一門戶的一門；用於引導該門的一前側邊緣沿著該門戶直線移動的一直線引導機構，以及定義該門繞著與該前側邊緣重合的一軸線旋轉之一旋轉引導機構。該門在透過將該前側邊緣定位在該操作室的該前側上時關閉，並且透過將該前側邊緣朝向該後側移動同時繞著該前側邊緣旋轉該門時，該門往該操作室內部開啟。

Description

屏障隔離體
本發明係關於一屏障隔離體，其具有一門戶，用於與連接至該隔離體的一傳遞箱、一孵化器等連通，以及具有一門，用來打開與關上該門戶。
已知一無菌操作系統用於培養人類細胞和組織，例如在無菌操作室內部，其與外部大氣隔離並保持在無菌狀態。這種系統包括一隔離體，其可連接至一傳遞箱和一孵化器。當該傳遞箱及/或該孵化器已連接時，構成該隔離體內部空間的該無菌操作室可透過牆上提供的該門戶，與該傳遞箱和該孵化器的內部空間連通，如此像是細胞與器具這些物品可透過此門戶插入或移除。該無菌操作室配備一門，正常是關閉狀態，這樣可氣密封閉該開口，將該無菌操作室自該傳遞箱和該孵化器隔離。請參閱第2015-139492號日本未審驗專利公佈案。
該隔離體的該無菌操作室正面備有手套，操作員可將手插入手套來操縱室內的物體。進一步，該傳遞箱和該孵化器分別連接至該隔離體的兩側。為了與該傳遞箱和孵化器連通，在該無菌操作室的一側上形成一開口或門戶，該開口具有一門，其往該無菌操作室向內開啟。為了方便操作員透過該門戶傳遞物品，該門沿著該門戶距離該操作員位置較遠的側 邊鉸接，如此當開啟該門時，可讓該門樞轉遠離該門戶並從該操作員的位置朝向後壁側移動。當門打開程度較小時，這種操作沒有問題，但是當門打開程度大時，操作員必須鬆開對門把之抓握並直接推門。進一步，當該門打到最開時，該門把面向該無菌操作室的後壁，如此操作員必須伸手到該門的相反側才能抓住門把，這樣操作極為不便。再者，該門打開所通過的區域必須維持淨空，不能放置任何物品。
本發明的一個態樣為提供具備改善門操作性與空間效率的一屏障阻隔體。
根據本發明的主要態樣，提供一種隔離體，其包括與該外部大氣隔離的一操作室；用於打開與關閉該操作室內所形成一門戶的一門；用於引導該門的一前側邊緣沿著該門戶直線移動的一直線引導機構，以及定義該門繞著與該前側邊緣重合的一軸線旋轉之一旋轉引導機構。該門在透過將該前側邊緣定位在該操作室的該前側上時關閉，並且透過將該前側邊緣朝向該後側移動同時繞著該前側邊緣旋轉該門時，該門往該操作室內開啟。
10:隔離體系統
12:隔離體
13:無菌操作室
14:傳遞箱
15:前壁
16:孵化器
17:天花板
18:觀察窗口
19:後壁
20、28:手套
21:地板
22R、22L、30:門
22RF:前側邊緣
22RR:後側邊緣
23:側壁
24R、24L:密封啟動開關
25:門戶
26:窗口
32:框架構件
32G:導軌
34:環形管
34A:進氣路徑
34E:排氣路徑
34T:管子
34V:電磁閥
36:前支撐構件
38:環形管
38D:下方支撐構件
38M:磁鐵
38U:上方支撐構件
40D:下方旋轉拉桿
40U:上方旋轉拉桿
41D、41U:連接軸
42:旋轉軸
44:軸頸構件
46:從動構件
46A:狹縫狀凹槽
48:磁性材料
50C:纜線
50D:碰塊
50S:近接開關
52:擋塊
52P:接合構件
54:把手
54G:抓握部分
Tt:軌跡
Tu:弓形軌跡
從下面的說明並參考附圖，便可更加了解本發明的目的與優點，其中：第一圖為本發明具體實施例的一隔離體系統正面圖；第二圖為當一門在關閉狀態時該隔離體之該門的側視圖；第三A圖為沿著第二圖中B-B線的該隔離體之剖面圖；第三B圖為沿著第二圖中A-A線的該隔離體之剖面圖； 第四圖為該隔離體的部分平面圖，顯示用於該門的一開啟/關閉機構之結構；以及第五圖為該隔離體的部分平面圖，顯示當該門已開啟或關閉時的行為。
此後將參考圖式內顯示的具體實施例來說明本發明。第一圖為例示本發明具體實施例的一隔離體系統一般組態之正面圖。
隔離體系統10包括一隔離體12、連接至隔離體12一側的一傳遞箱14，以及連接至隔離體12另一側的一孵化器16。在第一圖的範例內，傳遞箱14連接至隔離體12的右側，並且該孵化器連接至隔離體12的左側。
隔離體12具有一內部無菌操作室13，在該無菌操作室的前側上具有一觀察窗口18。窗口18上提供複數個手套20，可讓操作員的手伸入來操作無菌操作室13裡面的物品。在無菌操作室13的右側上提供一門22R，來開啟關閉將無菌操作室13連接至該傳遞箱14之一門戶25。在無菌操作室13的左側上提供一門22L，來開啟關閉將無菌操作室13連接至該孵化箱16之一門戶25。進一步，在隔離體12的正面之右側與左側上提供密封啟動開關24R和24L，用於通過讓環形管(密封構件)34膨脹來密封該門戶25與各個門22R和22L之間的間隙，稍後將會解釋。請注意，因為通過調整空氣供應/排放率來調節無菌操作室13內部的正壓，能夠預先對內部空間進行淨化，來維持無菌操作室13的無菌狀態。
除了隔離體12，傳遞箱14也在正面提供一窗口26，並且例如在窗口26上提供一對手套28，用來操縱傳遞箱14內部的物體。進一步，在傳遞箱14面對門22R的側壁上，提供用來傳遞物體的一門30。當要在無菌操 作室13維持無菌狀態下傳遞裡面的物體時，暫時將該等物體納入傳遞箱14內，並且在無菌操作室13與傳遞箱14之間允許連通之前淨化或殺菌，以便傳遞無菌操作室13內的該(等)物體。進一步，孵化器16可從隔離體12分離，但是當孵化器16附接至隔離體12時，會與無菌操作室13連通，如此可將細胞放入無菌操作室13內培養一預定期間。
請參閱第二圖和第三圖，將解釋本發明的門22R和22L之結構。第二圖為從隔離體12的無菌操作室13內一位置觀看已關閉門22R的正視圖。第三A圖為沿著第二圖中B-B線的剖面圖，並且第三B圖為沿著第二圖中A-A線的剖面圖。順便提及，除了左右相反以外，門22L的結構與門22R的結構相同；因此，省略對門22L的說明。
一前壁15、一天花板17、一地板21以及左與右側壁23的內面圍繞隔離體12的無菌操作室13。窗口18提供於前壁15上。一門戶25形成於側壁23上對應至門22R的區域。一框架構件32提供於圍繞門戶25的該周邊上。當門22R如第二圖和第三圖內所示關閉時，門22R定位在框架構件32之內，並且門22R裝入門戶25的該開口內。可膨脹的環形管34安裝在框架構件32的內圓周表面上，面對門22R的外圓周表面。
環形管34可透過一管子34T注入空氣而膨脹。當門22R已關閉，環形管34膨脹並壓迫門22R的該外圓周表面，來氣密封閉框架構件32之間的間隙並密封門戶25。在另一方面，當打開門22R時，環形管34會洩氣到其原始直徑，以釋放由於環形管34膨脹而固定至框架構件32的門22R。請注意，管子34T透過一電磁閥34V連接至一進氣路徑34A和一排氣路徑34E，如此與管子34T連通的一路徑透過電磁閥34V在進氣路徑34A與排氣路徑 34E之間交替切換。換言之，進氣路徑34A可利用電磁閥34V與管子34T連通來使環形管34膨脹，並且排氣路徑34E可利用電磁閥34V與管子34T連通來使環形管34洩氣。請注意，由操作員操縱一密封致動開關24R，來實現門22R的電磁閥34V之該切換操作。順便提及，環形管34也可提供於門22R的外圓周表面上。
在門22R的下部上提供包括一引導臂的前支撐構件36，靠近前壁15(前側)並且在暴露於無菌操作室13的表面上。前支撐構件36提供有一從動構件46，其滑動卡住沿著框架構件32的下側邊緣提供的一導軌32G，如此沿著導軌32G引導從動構件46。導軌32G形成為窄板，從動構件46形成為具有狹縫狀凹槽46A，從動構件46的邊緣插入其中。從動構件46相對於前支撐構件36繞著一垂直軸線可旋轉地樞轉。換言之，從動構件46將前側邊緣22RF的移動限制為與門戶25平行的前後移動，不過允許繞著對應至已關閉門22R的前側邊緣22RF之該軸線旋轉。因此，由導軌32G設置用來定義門22R直線移動的直線引導機構，其引導門22R的前側邊緣22RF往前後方向之往復移動。
在另一方面，門22R後側，靠近無菌操作室13的後壁19，由上方支撐構件38U和下方支撐構件38D所支撐。上方支撐構件38U和下方支撐構件38D都於第二圖中的水平前後位置內相同位置上附接至門22R。上方旋轉拉桿40U的尖端由上方支撐構件38U透過一連接軸41U可旋轉地支撐，並且下方旋轉拉桿40D的尖端，其長度與上方旋轉拉桿40U相同，由下方支撐構件38D透過一連接軸41D可旋轉地支撐。進一步，由一旋轉軸42連接上方旋轉拉桿40U和下方旋轉拉桿40D的基座末端。旋轉軸42由側壁23的一上 方位置與一下方位置上，後壁19與框架構件32之間框架構件32的後面內，提供之一對軸頸構件44可旋轉地支撐。換言之，上方旋轉拉桿40U、旋轉軸42和下方旋轉拉桿40D都繞著軸頸構件44一起旋轉。進一步，門22R繞著與前側邊緣22RF重合的一軸線之旋轉由上方旋轉拉桿40U和下方旋轉拉桿40D之旋轉所引導。如上述，設置出定義門25的旋轉之一旋轉引導機構。
在下方支撐構件38D面向側壁23的側邊上提供一磁鐵38M。在門25關閉時會與磁鐵38M相鄰的位置上提供一磁性材料48。在第三圖的範例中，在導軌32G上(或框架構件32上)提供磁性材料48。當門22R已關閉時，磁鐵38M會與磁性材料48相吸並固定在此。換言之，當環形管38消氣並且門22R未固定至框架構件32而解除密封狀態時，磁鐵38M和磁性材料48維持門22R的位置。另一方面，該磁力實現一鎖定機制，避免門22R打開。
進一步，在下方旋轉拉桿40D面向側壁23的側邊上提供一碰塊50D，並且在框架構件32上門22R關上時，在該碰塊50D與近接開關50S相鄰的位置上提供一近接開關50S。近接開關50S透過纜線50C連接至一控制器，其未顯示。當密封啟動開關24R已開啟而該近接開關50S檢測到該碰塊50D，該控制器切換電磁閥34V來讓進氣路徑34A與管子34T之間連通，如此可將空氣打入環形管34內。當環形管34隨著空氣打入而膨脹時，會填滿門22R與框架構件32之間的間隙，接著密封。在另一方面，當密封啟動開關24R已關閉而該近接開關50S檢測到該碰塊50D，該控制器切換電磁閥34V來讓排氣路徑34E與管子34T之間連通，如此排出環形管34內的空氣。當環形管34隨著空氣排出而消氣時，就會鬆開門22R與框架構件32之間的密封。
進一步，在框架構件32上最靠近無菌操作室13的後壁19之該側邊上，提供用來維持門22R打開的擋塊52(一鎖定機構)。擋塊52包括一接合構件52P，其由一彈簧(未顯示)偏向。接合構件52P配置成朝向導軌32G突出。如稍後所述，通過沿著導軌32G朝向無菌操作室13的該後側，滑動前側邊緣22RF和從動構件來打開門22R，並且就在該門完全打開之前，從動構件46與擋塊52的接合構件52P接觸。
當將從動構件46壓按在接合構件52P上時，將接合構件52P壓入擋塊52內，抵抗該偏向力量。從動構件46越過擋塊52，並停在導軌32G的後端上。此時，接合構件52P通過該偏向力量再次向外突出，如此門22R維持在打開位置。突出接合構件52P避免從動構件46意外沿著導軌32G回到前側(最靠近前壁15的側邊)，如此該門保持打開。順便提及，在門22R從該打開狀態回到該關閉狀態的逆向操作中，從動構件46以跟上述相反的方式越過擋塊52。
進一步，大約在門22R的中間，面向無菌操作室13的表面上，提供用來操作門22R的一把手(操作元件)54。把手54具有沿著門22R的面延伸的一桿狀抓握部分54G。抓握部分54G傾斜，如此當無菌操作室13的前側(最靠近前壁15的側邊)降低時，則從後側(最靠近後壁19的側邊)往前側(最靠近前壁15的側邊)往下傾斜大約45度。順邊提及，把手54位於手套20(請參閱第一圖)的操作範圍之內，大約與手套20水平相同或稍微低一點；因此，該把手的位置讓操作員將一手插入手套20內就可輕鬆操作。
請參閱第四圖和第五圖，將解釋本具體實施例的門22R之打開與關閉操作。第四圖和第五圖都例示從上面查看門22R的結構。第四圖例 示該開啟/關閉機構的機械結構，並且顯示門22R為開啟狀態。第五圖例示門22R的開啟/關閉行為以及門22R的複數個不同位置，這些可發生在從該關閉狀態至該開啟狀態的操作或反向操作內所發生。
操作者首先在通過操作密封啟動開關24R並使環形管34放氣以釋放門戶25的密封之後，通過手套20(請參閱第一圖)抓住把手54的握把54G，然後使門22R繞著前側邊緣22RF朝向無菌操作室13的內側旋轉，同時從前壁15側向後壁19推動把手54，如此儘管磁鐵38M和磁性材料48之間有磁鐵38M的磁力來當成該鎖定機構，不過還是分開；因此，如圖所示，從動構件46沿著導軌32G滑動，並且上方旋轉拉桿40U和下方旋轉拉桿40D繞著旋轉軸42旋轉。在該操作中，門22R的前側邊緣22RF由導軌32G引導並與門戶25平行移動，並且與前側邊緣22RF相反的後側邊緣22RR沿著與門戶25和側壁23分離的方向移動，或者當上方旋轉拉桿40U和下方旋轉拉桿40D旋轉時，更具體地是往第五圖中的往下方向移動。
也就是說，上方旋轉拉桿40U和下方旋轉拉桿40D繞著旋轉軸42以及位於拉桿40U和40D端部的連接軸41U和41D旋轉，並沿弓形軌跡Tu移動，使得門22R在由上方支撐構件38U和下方支撐構件38D支撐的位置處繞著連接軸41U和41D旋轉，並且後側邊緣22RR沿著軌跡Tt移動。當門22R朝向後側(朝向後壁19)移動時，如上所述，從動構件46越過構成鎖定機構的擋塊52之接合構件52P，並到達導軌32G後端，使得接合構件52P再次突出並且將門22R鎖定在打開狀態。
因此，門22R繞著前側邊緣22RF(或從動構件46)旋轉大約45度，並且朝著無菌操作室13的內部移動，同時將前側邊緣22RF朝向後側(朝 向後壁19)滑動。因此，當與側壁23平行定位的門22R透過其後側邊緣22RR移動遠離側壁23而被轉移時，門22R露出門戶25，接著門22R從側壁23傾斜約45度，並且設置有把手54的門22R之表面面向前方。
另一方面，當從上述打開狀態關閉門22R時，操作者將面向前方之把手54朝向前側拉動，從而使從動構件46越過擋塊52的接合構件52P，並且當從動構件46到達導軌32G的前端時，門22R透過來自磁鐵38M的磁力裝配在構成門戶25的框架構件32中。在此情況下，操作密封啟動開關24R以使環形管34膨脹，直到填滿門22R和框架構件32之間的間隙並且將開口密封並轉換成關閉狀態。
如上述，根據本具體實施例，由操作員朝向後側(朝向後壁19)推動該把手時，可打開該門。進一步在打開狀態下，該門的把手定位在面向無菌操作室13前方的該側邊上，如此操作員可輕易觸及該把手，並且只要拉動該把手就可關閉該門。因此，可改善該門打開/關閉操作的可操作性。
此外，由於本發明的門沿著形成有開口或門戶的側壁以及與該側壁相交的該後壁移動，因此與採用鉸鍊式門的隔離體相比，可減少門通過區域中的死角空間，並且能有效利用無菌操作室內的空間。
再者，由於把手傾斜使得前側位於下方，並且把手設置在容納手套高度的水平上，所以當門關閉時，操作員的手自然延伸向前就可輕鬆握住門的把手。
進一步，透過簡單地握住把手，將門朝後側(朝向後壁19)推動並且使門繞著該前側邊緣旋轉，可以容易地將門轉變成打開狀態。而只 要拉該把手，打開狀態的門也可輕易變成關閉狀態。
請注意在本具體實施例內，透過用環形管將門的周邊密封，來進一步確保無菌操縱室的密封性能。在本具體實施例中，由於藉由在關閉位置之磁鐵以及在開啟位置之擋塊而保持門的位置，所以即使在膨脹的環形管未固定門的未密封狀態下，該門將不會意外移動。
在本具體實施例內，透過手動操作該把手來開啟和關閉該門。然而，也可以通過提供和致動使旋轉軸42旋轉的一致動器，自動操作該門，其中該旋轉軸42連接到上方旋轉拉桿40U和下方旋轉拉桿40D的基端側。在這種情況下，可在該門的表面上設置用於啟動該致動器的按鈕代替把手，作為操作部分，使得該門可由操作者透過手套操縱該按鈕而自動打開或關閉。
在該無菌操作室上形成該門戶的位置不限於該無菌操作室的側壁，並且還可以形成於該無菌操縱室的任何內表面上，包括地板和天花板，如果該門戶可以通過朝向後側(朝向後壁19)移動門的前側邊緣並使該門繞著前側邊緣旋轉來打開。
雖然已藉由參考附圖來說明本發明具體實施例，精通此技藝的人士還是可在不悖離本發明領域的前提下進行許多修改與改變。
12:隔離體
13:無菌操作室
15:前壁
17:天花板
18:觀察窗口
21:地板
22R:門
22RF:前側邊緣
23:側壁
24R:密封啟動開關
25:門戶
32:框架構件
32G:導軌
34:環形管
34A:進氣路徑
34E:排氣路徑
34T:管子
34V:電磁閥
36:前支撐構件
38D:下方支撐構件
38M:磁鐵
38U:上方支撐構件
40D:下方旋轉拉桿
40U:上方旋轉拉桿
42:旋轉軸
44:軸頸構件
46:從動構件
50C:纜線
50S:近接開關
52:擋塊
54G:抓握部分

Claims (4)

  1. 一種隔離體，其包括：一操作室，其與外界大氣隔離，該操作室的前側提供一手套以供一操作者從外部進行工作；一門，用於打開與關閉該操作室的一側上形成的一門戶；一直線引導機構，用於沿著該門戶引導該門的一前側邊緣之直線移動；一旋轉引導機構，其定義該門繞著與該前側邊緣重合的一軸線之旋轉；以及一操作元件，提供於該門的內表面靠近中心處，其被操作以經由該手套打開與關閉該門；該門在透過將該前側邊緣定位在該操作室的該前側上時關閉，並且透過將該前側邊緣朝向該後側移動同時繞著該前側邊緣旋轉該門時，該門往該操作室內部開啟，且在一打開狀態下該操作元件面向該操作室的前側。
  2. 如申請專利範圍第1項之隔離體，其中該旋轉引導機構包括一拉桿構件，其中由該操作室的一內側表面可旋轉地支撐一基端，並且一尖端可旋轉地連接至該門。
  3. 如申請專利範圍第1項之隔離體，其中該門在該關閉狀態下裝入該門戶內，並且包括一密封元件，用來密封該門戶與裝入該門戶的該門間之間隙。
  4. 如申請專利範圍第1項之隔離體，包括鎖定機構，用來將該門保持在 一關閉位置與一開啟位置。
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