CN113617401A - 离心式检测流道、检测装置及检测方法 - Google Patents

离心式检测流道、检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种离心式检测流道，包括：一第一槽体、至少一入口流道、至少一缓冲阀、至少一出口流道以及一第二槽体。其中，至少一入口流道与第一槽体连接；至少一缓冲阀与入口流道连接，包括：一阀体以及一暂存腔体；至少一出口流道与缓冲阀连接；至少一第二槽体与出口流道连接。除此之外，包括有该离心式检测流道的检测装置及检测方法也被提出。

Description

离心式检测流道、检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种离心式检测流道、检测装置及检测方法，尤指一种可进行单试剂及多试剂检测的离心式检测流道、检测装置及检测方法。
背景技术
面临现阶段生物医学分析、疾病诊断、环境监测及食品与药品安全等领域的挑战，对检测疫分析手段和设备提出了更高的要求。要满足该些新的需求，势必须要发展微型化、集成化和便携式化的样本检测设备。
当前样本检测所采用的自动分析设备，如自动生化分析仪是将生化分析中的采样、加试剂、混合、保温及比色，结果计算与报告等步骤皆由模仿手工操作的机械实现。但现有自动分析仪体积庞大、价格昂贵且操作复杂，还需要配备专业设备进行样品的前处理，通常需安装于大型医院的中心实验室，并由专家进行操作；另外，为了提高检测效率和降低检测成本，需要收集定量的大量样本。因此，医院所使用的大型自动化分析仪点难以满足现场采样分析、快速检测及患者自测等需求。
另一方面，微流控产品操作微流体时，常需要将液体固定在特定位置，进行孵育、反应和检测，此时需要一些特殊的結構阻止液体继续前进，避免提前触发后续的流程或提前与试剂反应。目前常见微流控阀利如疏水阀、蜡阀、机械阀或可溶性膜阀等，其中疏水阀需要殊水剂进行改性，才能使接触角加大增大表面张力的作用阻止液体前进，且疏水改性良品率不高，增加生产困难度；蜡阀需要封装蜡至盘片中，需要精准定位的红外线加热装置，才能成功融化目标蜡阀而不影响其他的阀；机械阀也需要精准定位的机械装置，依靠机械柱顶住可形变的膜来阻止液体前进：可溶性膜阀则是依靠可溶性膜片，当液体接触到可溶性膜片，使膜片融化液体才能继续前进，但可溶性膜片成本高封装困难，以上提到的阀体皆需要额外的处理或是额外的装置会增加生产的步骤，增加成本和降低良品率。
更重要的是，现有技术的检测设备虽能进行多个指标的检测，但由于只有一个反应检测槽，仅能进行单试剂的检测，对于多试剂的连续检测则无法实现。
发明内容
为解决先前技术中所提到的问题，本发明提出一种离心检测流道、检测装置及检测方法。藉由特殊的缓冲控制阀，依靠表面张力和气压的作用，不须额外处理和装置就能阻止液体前进，此外缓冲控制阀中的暂存腔体能够缓冲过程中滴落的液体，避免液体提前进入之后的槽体，具有阀和缓冲的双重功能。
首先，本发明所提出之一种离心式检测流道，包含：一第一槽体；至少一入口流道，与该第一槽体连接；至少一缓冲阀(缓冲控制阀)，与该入口流道连接，该缓冲阀包含一阀体，设置于该缓冲阀上端与该入口流道连接；以及一暂存腔体，设置于该缓冲阀下端。至少一出口流道，与该缓冲阀连接；以及至少一第二槽体，与该出口流道连接。
另一方面，本发明之离心式检测装置，包含：一分装流道；一废液槽，与该分装流道连接；至少一检测流道，个别与该分装流道连接，每一个检测流道包含：一第一槽体；一入口流道，与该第一槽体连接；一缓冲阀，与该入口流道连接，该缓冲阀包含：一阀体，设置于该缓冲阀上端与该入口流道连接；以及一暂存腔体，设置于该缓冲阀下端；一出口流道，与该缓冲阀连接；以及一第二槽体，与该出口流道连接。
最后，本发明之离心式检测方法，包含以下步骤：(A)以低转速离心使得一待测样本沿一分装流道流至一第一槽体，多余的该待测样本则流至一废液槽；(B)一缓冲阀上端的一阀体阻挡该待测样本流至一第二槽体；(C)该缓冲阀下端的一暂存腔体储存气压平衡时落下的该待测样本；以及(D)待该第一槽体反应完成后，以高转速离心使得该第一槽体中的该待测样本流至该第二槽体。
以上对本发明的简述，目的在于对本发明的数种面向和技术特征作基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要组件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明较佳实施例之第一离心式检测流道的示意图。
图2为本发明较佳实施例之第二离心式检测流道的示意图。
图3为本发明第二较佳实施例之离心式检测流道的示意图。
图4为本发明第三较佳实施例之离心式检测流道的示意图。
图5为本发明第四较佳实施例之离心式检测流道的示意图。
图6为本发明较佳实施例之离心式检测装置的示意图。
图7为本发明较佳实施例之离心式检测装置的运作流程图。
图8为本发明较佳实施例之离心式检测装置的运作流程图。
图9为本发明较佳实施例之离心式检测装置的运作流程图。
图10为本发明较佳实施例之另一离心式检测装置的示意图。
图11为本发明较佳实施例之离心式检测方法的流程图。
图12为本发明较佳实施例之离心式检测***的示意图。
具体实施方式
为能了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，兹进一步以如图式所示的较佳实施例，详细说明如后：
首先，请同时参照图1及图2，图1为本发明较佳实施例之第一离心式检测流道的示意图，图2为本发明较佳实施例之第二离心式检测流道的示意图。如图1所示，本实施例之第一离心式检测流道1包含有一第一槽体10、一入口流道40、一缓冲阀50、一出口流道60以及一第二槽体20。其中，该入口流道40与该第一槽体10连接，该缓冲阀50与该入口流道40连接，该出口流道60与该缓冲阀50连接，而该第二槽体20与出口流道60连接。图2之第二离心式检测流道同样包含一入口流道40；一缓冲阀50，与该入口流道40连接，该缓冲阀50包含：一阀体52，设置于该缓冲阀50上端与该入口流道40连接；以及一暂存腔体54，设置于该缓冲阀50下端；出口流道60，与该缓冲阀50连接。
除此之外，第一离心式检测流道1的该第一槽体10中可存放(预装)有第一试剂12，该第二槽体20中可存放(预装)有第二试剂22。其中，该第一试剂12及该第二试剂22可以是冻干试剂、挥干试剂、封装液体试剂或其组合，也可以是NADH脱氢酶(NADH)、乳酸脱氢酶(LDH)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)，天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、Y-谷氨酰氨基基转移酶(Y-GT)、碱性磷酸酶(ALP)、总胆红素(TBIL)、直接胆红素(DBIt)、总蛋白(TP)、白蛋白(Alb)、尿素(尿素)、肌酐(Cr)、尿酸(UA)、葡萄糖(Glu)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度低蛋白(VLDL)、极低密度脂蛋白(LDL)、血清镁(Mg)、血清钾(K)、血清钠(Na)、血清氯(Cl)、血清钙(Ca)、血清磷(P)、血清铁(Fe)、血清氨(NH)或二氧化碳(CO2)等酵素。
使用者可依据其需求预装试剂于各槽体中；举例而言，若需快速检测简单的待测样本，则仅需在第一槽体10中预装第一试剂12与待测样本产生反应并进行检测，以完成单试剂法的检测。若该单试剂法检测需预先进行待测样本的定量，可于第二槽体20中预装第二试剂22，而第一槽体10(未存放有任何试剂)则形成定量槽，此举可避免待测样本在定量过程中，直接与第二槽体20内的试剂22接触反应，而造成试剂的交叉污染。最后，部分的待测样本则可使用多试剂法检测(第一槽体10及第二槽体20预装有不同试剂)；举例来说，待测样本先于第一槽体10中与第一试剂12反应后以消除内源干扰或作为背景检测值，而反应完成的待测样本流至第二槽体20中与第二试剂22进行实质反应后检测，以完成多试剂法的检测。除此之外，多试剂检测除了去除干扰物质的影响外，还可达到保存稳定性、样本空白值测定(如去除溶血、黄疸或脂血等)以及酵素酶预活化等效果。
接续，第一离心式检测流道1的该缓冲阀50更包含有设置于该缓冲阀50上端且与该入口流道40连接的一阀体52，以及设置于该缓冲阀50下端的一暂存腔体54，且具体而言，出口流道60是连接于相对暂存腔体54之缓冲阀50的一侧边。其中，该阀体52的一侧与该入口流道40夹有30至90度角，该阀体52的深度为0.05至10.0毫米而呈现V形或U形状。该缓冲阀50设计的目的在于，当检测流道1受低转速离心时，缓冲阀50中的阀体52(气阀)可透过表面张力及大气压力的作用，将第一槽体中10的待测样本阻挡于该缓冲阀50外；换言之，该阀体52可避免第一槽体10的待测样本流至缓冲阀50或第二槽体20中，以降低试剂交叉感染而造成检测数值偏差的风险。而当大气压力达到平衡时，难免会有少部分的待测样本经由入口流道40(微流道)滴落至缓冲阀50中，此时可透过平均半径大于出口流道平均半径的暂存腔体54容纳该些待测样本，以暂时存放于缓冲阀50中。其中，该阀体52可进行或不进行疏水性改性，经改性后的阀体52会加大表面张力作用，以增强阀体52对转速的耐受性。
又，待第一槽体10中的待测样本与第一试剂12反应或等待检测预温完成后，离心平台(图12)以高转速离心破坏阀体52的表面张力及大气压力，使得第一槽体10及入口流道40中的待测样本，经缓冲阀50与出口流道60流入第二槽体20与第二试剂22进行反应，并于反应完成后进行样本的检测，以完成该次的检测流程。
除此之外，请同时参照图3,4,5，图3为本发明第二较佳实施例之离心式检测流道的示意图，图4为本发明第三较佳实施例之离心式检测流道的示意图，图5为本发明第四较佳实施例之离心式检测流道的示意图。在图3的实施例中，离心式检测流道11更包含一第二入口流道70、一第二缓冲阀80、一第二出口流道90及/或一第三槽体30；该第二入口流道70与前述之第二槽体20连接，该第二缓冲阀80与该第二入口流道70连接，且同样包含有阀体及暂存腔体；该第二出口流道90与该第二缓冲阀50连接，该第三槽体30与该第二出口流道90连接，且可预装有第三试剂32。
由上述说明可以看出，本发明所提出的离心式检测流道不仅有包括单试剂或双试剂，而是可依据样本的检测需求自行增加(入口流道、缓冲阀和出口流道)槽体及试剂的数量，以实现多试剂检测的流道设计；而多试剂检测流道的运作原理与前述之双试剂检测流道相同，在两两槽体间皆具有一缓冲阀，以避免待测样本在反应完成前流入下一槽体，而影响检测结果。
图4的实施例则说明，本发明用于连通槽体及缓冲阀的入口流道及出口流道，除了可以是一般的微流道40、60外，也可以将其替换为毛细管42、 62，而入口流道或出口流道所选用的结构(如微流道40、60或毛细管等42、 62)，举凡能将待测样本进行输送之流道皆应属于本发明所保护的范围。另一方面，本发明离心式检测流道中的槽体体积亦可依据使用者的需求或待测样本的限制进行调整，本发明亦不应此为限。
最后，如图5所示，该实施例说明了在离心式检测流道中，若第一槽体10中的液体(无论是单试剂检测流道中的待测样本，或双试剂检测流道中与第一试剂反应的待测样本)是作为背景检测样本，第二槽体20中的液体是作为反应样本，检测设备可依据背景检测样本及反应样本取得背景检测值及反应值，以利于后续的实验分析。然而，部分的检测设备仅允许在同一水平或相同半径下进行样本的采集；换言之，若第一槽体10及第二槽体20的位置不为同一水平或半径，则需使用额外的设备而造成成本损失。
因此，在本实施例中的离心式检测流道更包括与该缓冲阀50连接的一背景流道92，以及与该背景流道92连接的一背景槽94，具体而言，该背景流道 92是相对于出口流道60一侧(即靠近该暂存腔体54一侧)与该缓冲阀50连接。据此，当检测流道受低转速离心时，缓冲阀50中的阀体52(气阀)可透过表面张力及大气压力的作用，将第一槽体10中的待测样本阻挡于该缓冲阀50外，而当大气压力达到平衡时，会有部分的待测样本经由入口流道40(微流道)滴落至缓冲阀50中并经背景流道92顺流至该背景槽94；又，待第一槽体10中的待测样本与第一试剂12反应完成后(若无第一试剂则不需该步骤)，以高转速离心破坏阀体52的表面张力及大气压力，使得第一槽体10及入口流道40中的待测样本，流入第二槽体20与第二试剂22进行反应。此时，背景槽94中的液体可为单试剂检测流道中的待测样本，或双试剂检测流道中与第一试剂12 反应的待测样本，第二槽体20中的液体为与第二试剂22反应的待测样本；换言之，检测设备即可在同一水平或相同半径下进行样本的采集。
接着，请参照图6，其为本发明较佳实施例的离心式检测装置的示意图。如图6所示，本实施例的离心式检测装置100包括一分装流道200；一废液槽，与该分装流道连接；至少一离心式检测流道1，个别与该分装流道200 连接，每一个离心式检测流道1包括：一第一槽体10；一入口流道40，与该第一槽体10连接；一缓冲阀50，与该入口流道40连接，该缓冲阀50包括：一阀体52，设置于该缓冲阀50上端与该入口流道40连接；以及一暂存腔体54，设置于该缓冲阀50下端；一出口流道60，与该缓冲阀50连接；以及一第二槽体 20，与该出口流道60连接。其中，该离心检测装置100还可包括有一废液槽300 与该分装流道200连接，该腔室150以一毛细管400与该分装流道200相连。
在本实施例中，每一个离心式检测流道1所包括的槽体10、12数量为两个，而在其他可能的实施样态中，每一个离心式检测流道1还可如图3包括一第二入口流道70、一第二缓冲阀80、一第二出口流道90及/或一第三槽体30(该第三槽体30可存放有一第三试剂32)，槽体的实际数量可依据使用者的需求或待测样本的限制进行调整，本发明亦不应此为限。
以下将以图7至图9进一步说明本发明较佳实施例的离心式检测装置的运作流程。首先，在本实施例中，该离心式检测装置100具有三个检测流道1，其中依序由左侧数来的第一和第二检测流道为单试剂检测流道，其中第检测流道一仅于第一槽体10中预装有第一试剂12，第二检测流道仅于第二槽体20中预装有第二试剂22；第三检测流道则为双试剂检测流道，于第一槽体 10中预装有第一试剂12，第二槽体20中预装有第二试剂22。
在图7中，使用者或注入机台注入待测样本2于腔室150内，并将该离心式检测装置100放置于一离心平台(图12)，施以高转速离心使该待测样本2流入毛细管400中。
接续，图8表示离心式检测装置100于低转速离心状态，使该待测样本 2沿该毛细管400流入该分装流道200，且存放于分装流道200的待测样本2依序流至的第一至第三检测流道1的第一槽体10，其中第一和第三检测流道之第一槽体10的待测样本2与第一试剂12进行一第一反应，第二检测流道之待测样本 2则未与第一试剂反应；而多余的待测样本2则顺着分装流道200流至废液槽 300中。
进一步而言，在此步骤中，缓冲阀50上端的阀体52(可参照图2)会阻挡待测样本2流至第二槽体20，而该缓冲阀50下端的暂存腔体54则用来储存气压平衡时可能滴落的待测样本2，以避免待测样本2与第二槽体内20的试剂 22接触反应，而造成试剂的交叉污染。
最后，在图9中，再次提高离心平台的转速以破坏阀体52中液体表面张力及大气压力的平衡，使每一个检测流道1第一槽体10中的该待测样本2(其中，第二检测流道的第一槽体10中为未与试剂反应的原待测样本，而第一与第三检测流道的第一槽体10中则为与试剂反应后的待测样本)，流至第二槽体 20。其中，第二及第三检测流道的第二槽体20存放有第二试剂22，以使该待测样本2与该第二试剂22进行第二反应，第一检测流道之待测样本则未与第二试剂反应；待第二及第三检测流道中第二槽体22的反应结束后，即可透过检测设备采集样本进行分析，以完成检测步骤。
图10则展示本发明较佳实施例之另一离心式检测装置的示意图。在图10中，每一个检测流道1仅包含一入口流道40，与该分装流道200直接连接；一缓冲阀50，与该入口流道40连接，该缓冲阀50包含：一阀体52，设置于该缓冲阀50上端与该入口流道40连接；以及一暂存腔体54，设置于该缓冲阀50 下端；一出口流道60，与该缓冲阀50连接；以及一第二槽体20，与该出口流道60连接。换言之，本实施例中移除了原先的第一槽体，使得分装流道200中的待测样本2可直接流入缓冲阀50中。在其他可能的实施样态中，甚至可移除该第二槽体20，而仅留下缓冲阀50的检测流道。
请参照第图11，其为本发明较佳实施例之离心式检测方法的流程图。如第图11所示，首先该离心式检测方法包含二预步骤(A)注入该待测样本于一腔室，以高转速离心使该待测样本流入一毛细管；以及(B)以低转速离心使该待测样本沿该毛细管流入该分装流道。接续，在步骤(A)中，是持续于低转速离心状态，使存放于一分装流道的一待测样本流至存放有一第一试剂的一第一槽体，且该待测样本与该第一试剂进行一第一反应(多余的该待测样本流至一废液槽)；步骤(B)中，一缓冲阀上端的一阀体阻挡该待测样本流至一第二槽体；步骤(C)中，该缓冲阀下端的一暂存腔体储存气压平衡时落下的该待测样本；以及步骤(D)中，待该第一反应完成后，以高转速离心(破坏该阀体的表面张力及压力平衡)使该第一槽体中的该待测样本，流至存放有一第二试剂的该第二槽体，且该待测样本与该第二试剂进行一第二反应。最后，待所有检测流道中第二槽体的反应结束后，即可透过检测设备采集样本进行分析。
最后，请参照第图12，其为本发明较佳实施例之离心式检测***的示意图。如第图12所示，本实施例之离心式检测***包含一离心式平台500，前述之一离心式检测装置100设置于该离心式平台500上，以及至少一检测设备600与该离心式检测装置100连接。进一步而言，该至少一检测设备与离心式检测装置100的第一槽体10或第二槽体20连接，藉此在离心式平台500(或离心式检测装置100)不同的旋转半径上，设置有多个检测设备600，如第一槽体10的旋转半径上可做背景值检测，第二槽体20的旋转半径上可做最终检测；然而，离心式检测装置100实际的槽体数量，以及检测设备600的设置位置及数量皆可依使用者需求调整，本发明不应依此为限。
以上所述的离心式检测流道、检测装置及检测方法，皆可应用于生物医学检测领域，对人体或动物的全血、血浆、尿液、唾液、***、脊髓或羊水等体液中的多种指标进行全自动化的检测；另外，本发明还可以用于环境检测领域，对环境中的有机或无机氧化物进行检测。再者，本发明还可以用于食品安全领域，对食物中的有毒有害物质、细菌或病毒等进行检测；同样的，本发明可以用于制药、化工领域，对各种药品成分及化工产品进行检测；最后，更包含凝血(PT、APTT、TT、FIB、DD、FDP)检测、免疫检测或分子检测，如均相化学发光(Light Initiated Chemiluminescent Assay,LiCA)或免疫比浊法(Turbidimetricinhibition immuno assay,TINIA)等检测技术。
在待测样本中，如果样本浓度较高，可以在离心式检测流道、检测装置及检测方法注入样本的同时加入替换液，若样本中待检测物的浓度合适则只需加样本即可。如血液的生化指标分析，可以在加经过抗凝处理的血液的同时加入替代液；除了血液的生化指标分析外，亦包含前述之凝血检测、免疫检测或分子检测。
除此之外，前述之离心式检测流道及检测装置还可应用于常见的微流盘、微流牒体或微流芯片，其形状可以是圆形或扇形，且该些微流盘、微流牒体或微流芯片还包含有全血注入槽、血浆定量槽、全血质控槽、稀释液注入槽、稀释液注入槽或稀释液质控槽等结构设计。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明内容所作之简单变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种离心式检测流道，其特征在于，包括：
一第一槽体；
至少一入口流道，与该第一槽体连接；
至少一缓冲阀，与该至少一入口流道连接，每一个缓冲阀包括：
一阀体，设置于该至少一缓冲阀上端与该至少一入口流道连接；
以及
一暂存腔体，设置于该至少一缓冲阀下端；
至少一出口流道，与该至少一缓冲阀连接；以及
至少一第二槽体，与该至少一出口流道连接。
2.如权利要求1所述的离心式检测流道，其特征在于，所述第一槽体存放一第一试剂，所述至少一第二槽体存放一第二试剂。
3.如权利要求2所述的离心式检测流道，其特征在于，所述第一试剂和第二试剂包括冻干试剂、挥干试剂、封装液体试剂或其组合。
4.如权利要求1所述的离心式检测流道，其特征在于，所述至少一入口流道和至少一出口流道包括微流道或毛细管。
5.如权利要求1所述的离心式检测流道，其特征在于，更包括：
一背景流道，与该至少一缓冲阀连接；以及
一背景槽，与该背景流道连接。
6.如权利要求3所述的离心式检测流道，其特征在于，更包括：
一第二入口流道，与该至少一第二槽体连接；
一第二缓冲阀，与该第二入口流道连接；
一第二出口流道，与该第二缓冲阀连接；以及
一第三槽体，与该第二出口流道连接。
7.一种离心式检测装置，其特征在于，包括：
一分装流道；
一废液槽，与该分装流道连接；
至少一离心式检测流道，个别与该分装流道连接，每一个离心式检测流道包括：
一第一槽体；
一入口流道，与该第一槽体连接；
一缓冲阀，与该入口流道连接，该缓冲阀包括：
一阀体，设置于该缓冲阀上端与该入口流道连接；以及
一暂存腔体，设置于该缓冲阀下端；
一出口流道，与该缓冲阀连接；以及
一第二槽体，与该出口流道连接。
8.一种离心式检测方法，其特征在于，包括：
(A)以低转速离心使一待测样本沿一分装流道流至一第一槽体，剰余的该待测样本则流至一废液槽；
(B)一缓冲阀上端的一阀体阻挡该待测样本流至一第二槽体；
(C)该缓冲阀下端的一暂存腔体储存气压平衡时落下的该待测样本；以及
(D)待该第一反应完成后，以高转速离心使该第一槽体中的该待测样本流至该第二槽体。
9.一种离心式检测***，其特征在于，包括：
一离心式平台；
一废液槽，与该分装流道连接；
至少一离心式检测流道，设置于该离心式平台上，每一个离心式检测流道包括：
一第一槽体；
一入口流道，与该第一槽体连接；
一缓冲阀，与该入口流道连接，该缓冲阀包括：
一阀体，设置于该缓冲阀上端与该入口流道连接；以及
一暂存腔体，设置于该缓冲阀下端；
一出口流道，与该缓冲阀连接；以及
一第二槽体，与该出口流道连接；以及
至少一检测设备，与该至少一离心式检测流道连接。
10.如权利要求9所述的离心式检测***，其特征在于，该至少一检测设备对该第一槽体或该第二槽体进行检测。
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