反应卡匣及检测装置的制作方法

技术领域

本发明系关于一种用于检测血液样品的反应卡匣(reaction cassette)及检测装置，特别是关于一种具有液体调合结构的反应卡匣及检测装置。

背景技术：

在现今医疗工业上，体外医学测量(in viro diagnostic；IVD)扮演则极为重要的角色，专业医疗人员可解由定性及定量的量测人体中体液的变化，观测病患重要的生理讯号或检测指针之变化，快速诊断疾病与给予治疗之指针信息。

上述检测技术需要搭配各种检测设备及量测仪器，并进行各种样品(例如血液)的配置。一般来说，所述检测设备可以是微流道生化试片，透过毛细管现象将样品引入反应区与药剂进行反应，然有研究指出，微流道中液体雷诺系数(Reynolds number)偏低，不易产生紊流，因此样品引入微流道生化试片过程中系属单向进入反应区，将导致先进入反应区的样品冲释大部分药剂，而后进入反应区的样品可混合的药剂不足，造成混合不均匀。

另有业者利用反应匣作为检测设备，将反应试剂及样品置入反应匣内，透过控制反应匣特定旋转摇晃角度混合样品及药剂。然而，市售反应匣为让样品流动顺畅，多采用平整或弧度结构流道及混合区，该平整或弧度结构混合区在某些情况下，如:药剂亲水性或融合度较差的情况下，容易产生混合不均匀或溶解不完全的问题。

技术实现要素：

根据本发明之一态样，一种用于生化检测之反应卡匣包含：具有结构壁的一壳体，定义出一液体混合空间以容纳至少一混合区；其中该至少一混合区包含至少一混合结构以于液体中产生一涡流现象，藉此改善一液体样品与一干燥试剂的混合程度。

该液体混合空间包含：一第一混合区，用以容纳一液体，且具有圆弧边和角，导引该液体流向一光学量测区；一第二混合区，设置于与该第一混合区之方向垂直的位置；一第一斜面，设置于该光学量测区与该第一混合区之间，使该液体平顺地通过：一第三混合区，设置于与该第二混合区之方向垂直的位置；一第二斜面，设置于该第一混合区与该第二混合区之间，使该液体平顺地通过：及一吸收区设置于该第三混合区的下游，具有一防溢墙设置于该第三混合区与该吸收区之间，藉此防止该液体在第三混合区混合时溢流到吸收区。

于某些实施例，第二混合区及第三混合区设置有调合结构，以容置干燥药剂及提高液态样品与干燥药剂之混合均匀度。

该调合结构包含一第一阻墙、一第二阻墙、一构壁及一防溢墙。该第一阻墙及该第二阻墙具有一斜角外璧、一内壁及一墙峰平台。

该调合结构更包含至少一圆弧叶片，使该液体依该圆弧叶片的结构生成一圆弧流动，导致部分液体在该圆弧叶片的中心产生涡流现象。于另一实施例中，该调合结构更包含至少一菱形叶片，使该液体依该菱形叶片的结构生成一斜度流动，因回转液体与其他液体具有流速差导致部分液体产生涡流现象。于另一实施例中，该调合结构更包含至少一梯形叶片，使该液体依该梯形叶片的结构生成一斜度流动，因回转液体与其他液体具有流速差导致部分液体产生涡流现象。

根据本发明另一态样，提供了一种用于生化检测之检测装置，包含：一用于生化检测之反应卡匣以及一采样件。所述反应卡匣包含具有结构壁的一壳体，定义出一液体混合空间以容纳至少一混合区；该液体混合空间包含：一第一混合区，用以容纳一液体，且具有圆弧边和角，导引该液体流向一光学量测区；一第二混合区，设置于与该第一混合区之方向垂直的位置；一第一斜面，设置于该光学量测区与该第一混合区之间，使该液体平顺地通过：一第三混合区，设置于与该第二混合区之方向垂直的位置；一第二斜面，设置于该第一混合区与该第二混合区之间，使该液体平顺地通过：及一吸收区设置于该第三混合区的下游，具有一防溢墙设置于该第三混合区与该吸收区之间，藉此防止该液体在第三混合区混合时溢流到吸收区，其中该至少一混合区包含至少一混合结构以于液体中产生一涡流现象，藉此改善一液体样品与一干燥试剂的混合程度。所述采样件包含：一采样管，用以吸取一液态样品；一吸收区，其内部设置有一吸收材料；以及一储存器，用以储存一液态试剂。

本发明之其他态样，部分将在后续说明中陈述，而部分可由说明中轻易得知，或可由本发明之实施而得知。本发明之各方面将可利用后附之申请专利范围中所特别指出之组件及组合而理解并达成。需了解，前述的一般说明及下列详细说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。

附图说明

从本发明各实施例的详细描述，且结合所伴随之图式，将能更完全地理解及体会本发明，其中图式为：

图1为根据本发明之一实施例绘示之反应卡匣的分解示意图；

图2显示根据本发明检测装置所进行检测液体样品各检测步骤的示意图；

图3为摇晃混合区时显示液体流场的示意图；

图4为根据本发明之另一实施例绘示之调合结构的俯视示意图；

图5为根据本发明之另一实施例绘示之调合结构的俯视示意图：

图6为根据本发明之另一实施例绘示之调合结构的俯视示意图；及

图7A及图7B为反应卡匣测量讯号统计图，利用无本发明调合结构反应卡匣及本发明调合结构反应卡匣分别进行多个浓度测量统计。

符号说明

100 反应卡匣

110 第一混合区

115 第一斜面

120 第二混合区

125 第二斜面

130 第三混合区

140 吸收区

142 防溢墙

145 吸收材料

150 光学检测区

170 结构壁

180 第一开口

200、200a、200b、200c 调合结构

210 液体

212 黏滞层

214 转换层

216 紊流层

220 第一阻墙

230 第二阻墙

240 构壁

242 斜角外壁

244 内壁

246 墙峰平台

250 防溢墙

260 涡流现象

270 分离现象

300a、300b、300c 混合区域

310 圆弧叶片

320 菱形叶片

330 梯形叶片

342 外壁

344 内墙

S01～S08 步骤

具体实施方式

本发明揭露一种用以分析液体样品所含成分的检测装置及其使用方法，其可提供更方便且更安全的检测程序。为了使本发明之叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图1至图7B之图式，其中类似的组件符号代表类似的组件。然以下实施例中所述之装置、组件及程序步骤，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。

图1为根据本发明之一实施例绘示之反应卡匣的分解示意图。如图1所示，一反应卡匣100包含具有结构壁170的一壳体，定义出一液体混合空间以容纳至少一混合区。该液体混合空间包含一第一混合区110、一第二混合区120、一第三混合区130、一光学检测区150以及一吸收区140。该壳体定义一空间以容纳该第一混合区、第二混合区、第三混合区、光学检测区以及吸收区分别具有容纳液体与的功能。第一混合区、第二混合区、及第三混合区更具有调合样品与药剂之功能。特别是，一第一斜面115设置于该光学检测区150与该第一混合区110之间，使得该液体平滑地流过。一第二斜面125设置于该第二混合区120与该第三混合区130之间，使得该液体平滑地流过，一防溢墙142设置于第三混合区130与吸收区140之间，防止液体在第三混合区130混合时不慎溢流到吸收区140。此外，该第一混合区110包含一第一开口180及一圆弧边角结构，用以提供液体试剂得以完全平顺地由第一反应区至光学检测区150，增加液体流动之顺畅性。第二混合区120及第三混合区130设置有调合结构，以容置干燥药剂及提高液态样品与干燥药剂之混合均匀度。该反应匣100较佳者系由射出成型法将透明材料模铸制成。为了减少侧光干扰，将反应卡匣的表面施以雾面处理。

吸收区140包含具有开孔的中空未密合区域结构，其中开孔可例如位于吸收区的下方，以方便吸收材料145吸收液态样品与药剂。所述吸收材料145可包含具有高吸收性的各种材料，例如棉花、海绵、滤纸、硅藻土等。

图2显示根据本发明检测装置所进行检测液体样品各检测步骤的示意图。首先，如步骤S01所示，将液态样品与一液态药剂置入反应卡匣中，使液态样品与液态药剂流入反应卡匣中的第一混合区中。接着，如步骤S02所示，摇动反应卡匣，使液态试剂与液态样品可均匀混合及反应为一第一混合物。再如步骤S03所示，将反应卡匣顺时针方向转动约90°，使第一混合物由第一混合区流入反应卡匣的光学检测区。进行光学量测，以取得一第一浓度。

接着，如步骤S04所示，将反应卡匣逆时针方向转动90°，使第一混合物经由第一斜面流向第二混合区，并摇动反应卡匣，使第一混合物与第二混合区中的干燥药剂充分混合及反应而形成一第二混合物。后续如步骤S05所示，将反应卡匣顺时针90°方向转动，使第二混合物再次流入光学检测区，以光学量测以取得一第二浓度。

接着，如步骤S06所示，将反应卡匣以逆时针方向转动小于或等于175°，使第二混合物经由第二斜面流向第三混合区，并摇动反应卡匣，使第二混合物与第三混合区中的干燥药剂充分混合及反应而形成一第三混合物，为防止该第二混合物或第三混合物因摇晃过大而溢流到回收区，在一实施例中，于第三混合区接近回收区处设置一防溢墙。接着，如步骤S07所示，将反应卡匣以顺时针大于或等于175°方向转动，使第三混合物再次流入光学检测区，以光学量测以取得一第三浓度。

最后，如步骤S08所示，将反应卡匣以逆时针方向转动大于或等于180°，利用反应卡匣吸收区中的吸收材料将第三混合物进行回收。并利用该第一浓度、第二浓度及第三浓度计算分析出至少一具有医疗意义的浓度值。应注意的是，于先前步骤中，所量测的光讯号可转换为电讯号，并进行后续的分析及比较程序，以据此推算出液态样品中特定成分的比例或浓度。应注意的是，本发明之各实施例并无欲限制测量过程中反应卡匣各种转动及摇晃之角度，仅需搭配各混合区所在位置可顺畅的让液态样品与药剂进行混合即可。相关混合及测量方法亦可参考美国公告第US 8,617,490号专利，专利名称为“Reaction cassette,assay device,and assay method”及美国公告第US 8,802,036号专利，专利名称为“Reaction cassette and assay device”中，在此将其并入以作为上述之参考。

请参阅图2，当液体于混合区时，透过反应卡匣摇动以利混合物与干燥药剂进行混合。本发明之调合结构于液体混合时与液体表面形成垂直关系，液体仅填满部分的调合结构，当反应卡匣开始左右摇晃时，液体获得一作用力进而冲击调合结构内的干燥药剂，使该干燥药剂得以被液体溶化并流向调和结构外。在一实施例中，第一混合物系液态样品与液态药剂混合而成，第二混合物系第一混合物与第二混合区中的干燥药剂进行混合而成，而第三混合物系第二混合物与第三混合区中的干燥药剂进行混合而成。因此第二混合物较第一混合物浓稠，又液体浓稠程度将影响其溶解(dissolve)干燥药剂能力。为提高第一混合物与第二混合物溶化干燥药剂及混合均匀能力，特别于第二混合区及第三混合区各设置一调合结构并将干燥药剂容置其内。为简化说明，于下文中将液态样品、第一混合物、第二混合物及第三混合物统称为液体；另第二混合区及第三混合区统称为混合区。

图3为摇晃混合区时显示液体流场的示意图。液体210可依据构壁240对其剪应力影响区分为黏滞层212、转换层214及紊流层216；其中该黏滞层212的厚度非常薄，约为液体直径之1％，其层内速度分布大致为线性，紊流之震动因为构壁240限制而消失，故此处基本为层流。黏滞层212中的流速相较于转换层214及紊流层216缓慢及稳定。紊流层216位于所有液体的最顶端，构壁240对其施予之剪应力相对小，然所受摇晃重力相对黏滞层212及转换层214位置流体相对大，因此流速相较其他液体来的快速且完全以紊流状态。转换层液体位于黏滞层及紊流层之间，因此流速介于黏滞层及紊流层之间且均受重力与构壁剪应力影响。

如图3所示，根据本发明所述之调合结构200包含一第一阻墙220、一第二阻墙230、一构壁240及一防溢墙250。该第一及第二阻墙220、230包含一斜角外壁242、一内壁244及一墙峰平台246。当反应卡匣向右摆动而呈现A’处较A高时，液体因重力往A处流动。液体流经调合结构200的第一阻墙220时，转换层214因斜角外壁242使得原本平顺之流动发生阻碍并产生流体能量损失，以及衍生之压降，此时转换层214连带部分黏滞层212及紊流层216产生扰流，然整体液体流向并不改变，直到液体扩越斜角外墙后抵达墙峰平台246，又因墙峰平台246与构壁240具有高度差异，位于墙峰平台246处之液体所承受之剪应力较构壁240处液体来的大，进而达到使转换层214压力回稳作用。当液体扩越墙峰平台246后，又因高度差产生剪应力及重力突变导致转换层214整体作用力遭到破坏并产生一分离现象270。部分较接近紊流层216的转换层214则被带入紊流层216加速往A处流动，直到其冲击到防溢墙250后，防溢墙250将施予一反重力而迫使紊流层216改变流向往A’处流动，又因流速及流向冲突使该回向往A’处之紊流层216在第二阻墙230附近形成一涡流现象260。

另一部份较接近黏滞层212之转换层214则加速冲击调合结构200内的试剂(未绘示)并往第二阻墙230流动。当转换层214中的液体遇到第二阻墙230的内壁244的阻力时，因位能改变而迫使转换层214带着试剂流向调合结构200外，并增加涡流现象之漩涡能量。同时透过该漩涡现象260将试剂从含量高的液体往含量低的液体进行混合扩散，从而使试剂分布均匀。若此时反应卡匣开始向左摆动，液体原本位能改变，故流动方向与涡流260方向相反。应注意的是，本发明并不欲限制该墙峰平台246之宽度，仅需该墙峰平台246可达到稳定转换层214压力及提供转换层产生分离现象270即可，所述墙峰平台246之宽度较佳为0.25～6mm，最佳为0.1～3mm。另本发明并不欲限制斜角外墙242之斜度，仅需满足液体可扩越的条件即可，斜角外墙242与构壁240之间较佳为呈现5～80度；更佳为呈现20～70度；最佳为呈现30～50度。

图4为根据本发明之另一实施例所绘示之调合结构200a的混合区域300a的俯视示意图。当反应卡匣向右摆动而呈现A’处较A高时，紊流层及部分转换层中的液体210因重力往A处流动，直到其冲击到防溢墙后，防溢墙将施予一反重力而改变位能使紊流层改变流向往A’处流动，又因流速及流向冲突使该回向往A’处之紊流层在第二阻墙附近形成一涡流现象260；另部份转换层及黏滞层则加速冲击调合结构内的试剂(未绘示)并往近A处的内墙344。于本实施例之调合结构200a中设置至少一个圆弧叶片310，液体210除了往A处的内墙344流动外，亦会受到剪应力及内聚力影响使得液体210将依圆弧叶片310结构呈现圆弧流动，因此部分液体210则在除在调合结构200a的外壁342附近形成涡流现象260外，在圆弧叶片310中心亦会产生涡流现象。当反应卡匣反向而呈现A’处较A低时，液体流动方向与涡流260方向则相反。

图5为根据本发明之另一实施例所绘示之调合结构200b的混合区域300b的俯视示意图。当反应卡匣向右摆动而呈现A’处较A高时，紊流层及部分转换层的液体210因重力往A处流动，直到其冲击到防溢墙后，防溢墙将施予一反重力而改变位能使紊流层改变流向往A’处流动，又因流速及流向冲突使往A’处之回向紊流层液体在第二阻墙附近形成一涡流现象260。另部份转换层及黏滞层的液体则加速冲击调合结构200b内的试剂(未绘示)并往近A处的内墙344。于本实施例所示之调合结构200b中，设置至少一个菱形叶片320，该菱形叶片320将导引液体依其结构呈现斜度流动，因此转换层呈现非水平直线流动。而转换层在撞击内壁344后回转向A’处流动，由于其撞击内壁产生一作用力，该回转液体与其他液体具有流速及流向差，因此部分液体则在除在调合结构200b的外壁342附近形成涡流260现象外，在菱形叶片320的尾端亦会产生涡流现象260。又由于本实施例的菱形叶片320使由A’流向A的转换层具有一斜角度，进而增加各层液体间的流速及流向差，进而提升涡流现象能量。当反应卡匣反向而呈现A’处较A低时，液体流动方向与涡流方向则相反。

图6为根据本发明之另一实施例所绘示之调合结构200c的混合区域300c的俯视示意图。当反应卡匣向右摆动而呈现A’处较A高时，紊流层及部分转换层的液体210因重力往A处流动，直到其冲击到防溢墙后，防溢墙将施予一反重力而改变位能使紊流层改变流向往A’处流动。又因各层液体流速及流向冲突使往A’处之该回向紊流层液体在第二阻墙附近形成一涡流现象260。另部份转换层及黏滞层的液体则加速冲击调合结构200c内的试剂(未绘示)并往近A处的内墙344。于本实施例之调合结构200c中，设置至少一个梯形叶片330，该梯形叶片330将导引液体210依其结构呈现斜度流动，因此转换层及黏滞层的液体呈现非水平直线流动。而转换层及黏滞层在撞击内壁后回转向A’处流动，由于其撞击内壁产生一作用力，该回转转换层及黏滞层的液体与其他液体具有流速差，因而形成涡流现象260。另外该回流转换层及黏滞层亦会沿则内壁344流向A’处，因此在梯形叶片330两侧又产生涡流现象260。当反应卡匣反向而呈现A’处较A低时，液体流动方向与涡流方向则相反。

应注意的是，本发明各实施例并不欲限制调合结构的构形，其可以为例如图3～6所示之四方形，亦可配合反应卡匣各组件布局或测量需求进行几何形状的调整，如该调合结构外墙构形可以是但不限于：圆形、椭圆形、扇形、弓形、三角形、梯形、长方形、菱形、矩形、筝形、多边形等。

图7A及图7B为反应卡匣测量讯号统计图，发明人利用无本发明调合结构反应卡匣及本发明调合结构反应卡匣分别进行多个浓度测量统计，如图7A所示，无本发明调合结构反应卡匣之测量结果误差大，而利用本发明调合结构反应卡匣之测量结构R²为0.995，因本发明透过调合结构使液体呈现涡流现象，该涡流现象容易产生样品与药剂混合均匀因此可得到高精准测量结构。

本发明虽以各种实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。