离心钵及血液离心系统的制作方法

1.本发明涉及一种离心钵及血液离心系统，尤其涉及一种可自动分离血液或具有较佳分离效果的离心钵及血液离心系统。


背景技术：

2.一般用来分离出血液中的血浆的方式大致如下：抽取8-10毫升的血液样品，并加入至实验室的试管中；接着，于实验用离心机内进行离心分离，以使血浆、血小板以及红血球在试管中分为上下两层；离心后，再由医护人员以手动的方式收集上层的血浆以及血小板。其中，由于收集过程为全手动，因此无法控制收集的血小板的浓度及收集量，且也无法避免血液被外源污染。


技术实现要素：

3.本发明是针对一种离心钵及血液离心系统，可自动分离血液或具有较佳的分离效果。
4.本发明的实施例的离心钵可用于分离样品中的第一成份与第二成份。离心钵包括壳体、核芯、分离腔以及静子头。壳体包括上壳部、中壳部、下壳部以及底壳部。中壳部连接上壳部与下壳部，且下壳部连接中壳部与底壳部。核芯设置于壳体内。分离腔设置于下壳部与核芯之间。静子头设置于壳体上，且包括输入管与输出管。样品从输入管进入至分离腔。当壳体与核芯依旋转轴旋转时，分离腔中的样品依惯性力的大小而分离为第一成份与第二成份。
5.根据本发明的实施例，上述的分离腔由核芯、中壳部、下壳部以及底壳部所围绕而定义。
6.根据本发明的实施例，当第一成份的第一惯性力大于第二成份的第二惯性力时，分离后的第一成份远离核芯，且分离后的第二成份邻近核芯。
7.根据本发明的实施例，上述的核芯的外侧侧表面与平行于旋转轴的第一方向之间具有第一角度，下壳部的外侧表面与第一方向之间具有第二角度，且第二角度大于第一角度。
8.根据本发明的实施例，上述的第一角度小于90度，且第二角度小于90度。
9.根据本发明的实施例，上述的底壳部的内侧表面与第一方向之间具有第三角度，且第三角度大于90度。
10.根据本发明的实施例，上述的中壳部的外侧表面与第一方向之间具有第四角度，第四角度小于90度，且第四角度大于第二角度。
11.根据本发明的实施例，上述的分离腔具有凹陷区，且凹陷区由下壳部与底壳部连接后的轮廓而定义。
12.根据本发明的实施例，上述的样品为血液，第一成份包括红血球，且第二成份包括血小板及血浆。
13.本发明的实施例的血液离心系统，包括上述的离心钵。
14.基于上述，在本发明一实施例的离心钵及血液离心系统中，由于样品中的第一成份与第二成份的惯性力的大小不同，因而当壳体与核芯依旋转轴旋转时，可使样品在分离腔中依惯性力的大小而自动地分离为第一成份与第二成份。藉此，可使本发明一实施例的离心钵及血液离心系统具有可自动分离血液的效果。
15.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
16.包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
17.图1为本发明的一实施例的离心钵的剖面示意图；
18.图2a至图2d为使用图1的离心钵来分离样品的剖面示意图；
19.图3为本发明的一实施例的血液离心系统的剖面示意图。
20.附图标号说明
21.10：血液离心系统；
22.100：离心钵；
23.110：壳体；
24.111：上壳部；
25.112：中壳部；
26.112a：外侧表面；
27.113：下壳部；
28.113a：外侧表面；
29.114：底壳部；
30.114a：内侧表面；
31.115：开口；
32.116：内部空间；
33.120：核芯；
34.121：外侧侧表面；
35.122：外测底表面；
36.123：中央套管；
37.130：分离腔；
38.130a：凹陷区；
39.131：第一流道；
40.132：第二流道；
41.140：静子头；
42.141：输入管；
43.142：输出管；
44.143：密封垫；
45.144：壳罩；
46.145：第三流道；
47.200：样品；
48.210：第一成份；
49.220：第二成份；
50.310：第一容器；
51.320：第一管线；
52.330：泵；
53.340：第二管线；
54.350：第三管线；
55.360：排气孔；
56.370：第二容器；
57.r：旋转轴；
58.x：第二方向；
59.y：第一方向；
60.θ1：第一角度；
61.θ2：第二角度；
62.θ3：第三角度；
63.θ4：第四角度。
具体实施方式
64.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
65.图1为本发明的一实施例的离心钵的剖面示意图。图2a至图2d为使用图1的离心钵来分离样品的剖面示意图。请先参照图1，本实施例的离心钵100包括壳体110、核芯120、分离腔130以及静子头140。其中，核芯120设置于壳体110内，分离腔130设置于壳体110与核芯120之间，且静子头140设置于壳体110上。
66.具体来说，在本实施例中，壳体110包括上壳部111、中壳部112、下壳部113、底壳部114、开口115以及内部空间116。中壳部112连接上壳部111与下壳部113，且下壳部113连接中壳部112与底壳部114。中壳部112可以从其与上壳部111的连接处向外延伸，例如是以大致上远离旋转轴r的方向沿伸，进而连接至下壳部113。其中，旋转轴r为虚设在壳体110的中心处的旋转中心，以使壳体110与核芯120可在离心钵100离心时一同依旋转轴r而旋转。因此，可将壳体110与核芯120视为是离心钵100中的动子(mover)。
67.此外，在本实施例中，壳体110的形状可例如是钟形，但不以此为限。开口115设置在壳体110的顶部，且被上壳部111所围绕。内部空间116是由上壳部111、中壳部112、下壳部113以及底壳部114所围绕而形成中空部分。开口115可以与内部空间116连通。
68.在本实施例中，核芯120设置于壳体110的内部空间116。核芯120具有外侧侧表面121、外测底表面122以及中央套管123。中央套管123贯穿核芯120。中央套管123远离开口115的一端穿过核芯120的外测底表面122，以使该端可接近壳体110的底壳部114。中央套管
123未接触底壳部114。在本实施例中，核芯120的外侧侧表面121与平行于旋转轴r的第一方向y之间的夹角具有第一角度θ1。第一角度θ1例如是大于0度且小于90度，但不以此为限。
69.此外，在本实施例中，在核芯120与壳体110之间具有多个空腔，且所述多个空腔至少包括分离腔130、第一流道131以及第二流道132。其中，分离腔130设置于壳体110的下壳部113与核芯120之间。在一些实施例中，分离腔130可以由核芯120、中壳部112、下壳部113以及底壳部114所围绕而定义。在本实施例中，分离腔130具有凹陷区130a。凹陷区130a远离核芯120且邻近下壳部113。凹陷区130a可以由下壳部113与底壳部114连接后的轮廓而定义。在本实施例中，第一流道131设置于核芯120的外测底表面122与底壳部114的内侧表面114a之间。第二流道132设置于核芯120与壳体110的中壳部112之间。第一流道131连通分离腔130，且第二流道132也连通分离腔130。
70.此外，在本实施例中，下壳部113的外侧表面113a与第一方向y之间的夹角具有第二角度θ2。第二角度θ2例如是大于0度且小于90度，但不以此为限。第二角度θ2例如是大于第一角度θ1，但不以此为限。在本实施例中，底壳部114的内侧表面114a与第一方向y之间的夹角具有第三角度θ3。第三角度θ3例如是大于90度且小于180度，但不以此为限。在本实施例中，中壳部112的外侧表面112a与第一方向y之间的夹角具有第四角度θ4。第四角度θ4例如是大于0度且小于90度，但不以此为限。第四角度θ4例如是大于第二角度θ2。
71.在本实施例中，静子头140设置于壳体110的上壳部111上。在离心钵100离心时，静子头140静止不动且不会依旋转轴r而旋转。静子头140包括输入管141、输出管142、密封垫143、壳罩144以及第三流道145。具体来说，输入管141可穿过壳体110的开口115，以延伸并连接至核芯120的中央套管123。输出管142包覆在输入管141外且穿过壳体110的开口115，以与第三流道145连接。第三流道145可与第二流道132连接。密封垫143设置于上壳部111上，以接触上壳部111并覆盖由输出管142所暴露出的部分开口115。壳罩144包覆于密封垫143外。
72.以上描述为本实施例的离心钵100的结构设计。接着，请同时参照图1与图2a-图2d，说明本实施例的离心钵100如何用于自动地分离样品200中的第一成份210与第二成份220：
73.首先，请参照图2a，使样品200从输入管141进入，以使样品200可通过中央套管123与第一流道131而进入至分离腔130。在本实施例中，样品200例如是血液或其他的液态样品，但不以此为限。此外，当样品200为血液时，样品200中的第一成份210可例如是包括红血球，且第二成份220可例如是包括血小板及血浆，但不以此为限。
74.接着，请参照图2b，对离心钵100进行离心，以使壳体110与核芯120可依旋转轴r而旋转。此时，当壳体110与核芯120依旋转轴r而旋转时，分离腔130中的样品200可依惯性力的大小而分离为第一成份210与第二成份220。其中，当第一成份210的第一惯性力大于第二成份220的第二惯性力时，可使分离后的第一成份210远离核芯120，且使分离后的第二成份220邻近核芯120。
75.具体来说，在离心钵100进行离心时，可使样品200中的第一成份210与第二成份220因离心力而产生不同的惯性力，以使第一成份210与第二成份220可依惯性力的方向而沉降且分离。其中，离心力的方向与惯性力的方向大致上为垂直于旋转轴r(或第一方向y)的方向，且对图2b右侧的分离腔130而言，离心力的方向与惯性力的方向例如是与第一方向
y垂直的第二方向x。接着，由于第一成份210的密度大于第二成份220的密度，因而使得第一成份210的第一惯性力可大于第二成份220的第二惯性力，且使得第一成份210的第一沉降速度可大于第二成份220的第二沉降速度。接着，由于第一成份210的第一惯性力可大于第二成份220的第二惯性力(或第一成份210的第一沉降速度可大于第二成份220的第二沉降速度)，因而使得样品200中的第一成份210与第二成份220得以在分离腔130中自动地分离为两层，且使得分离后的第一成份210(第一层)可远离核芯120(或邻近下壳部113)，并使得分离后的第二成份220(第二层)可邻近核芯120(或远离下壳部113)。在一些实施例中，分离后的第一成份210可大致上集中在分离腔130的凹陷区130a，但不以此为限。
76.此外，在离心钵100进行离心时，由于第三角度θ3可大于90度，因而使得从第一流道131流向分离腔130的样品200还可具有大致上朝向第一方向y流动的第一流动速度。其中，如图2b所示，由于邻近下壳部113的第一成份210的第一沉降速度(或第一惯性力)大于第一流动速度，因而使得分离后的第一成份210会依第一沉降速度的方向(即第一惯性力的方向)沉降而集中在凹陷区130a且不易进入第二流道132。反之，由于邻近核芯120的第二成份220的第二沉降速度(或第二惯性力)小于第一流动速度，因而使得分离后的第二成份220会依第二流动速度的方向流动并进入第二流道132。
77.要特别说明的是，在本实施例中，由于第一成份210邻近下壳部113且第二角度θ2可大于第一角度θ1，因而使得第一成份210本身的第二流动速度更小于样品200流动的第一流动速度，且使得第一沉降速度(或第一惯性力)更大于第二流动速度。如此一来，可使得分离后的第一成份210更容易依第一沉降速度的方向(即第一惯性力的方向)沉降而集中在凹陷区130a，且更不容易进入第二流道132。换言之，由于第二角度θ2可大于第一角度θ1，因而使得邻近下壳部113的第一成份210朝向第二流道132的第二流动速度更小，进而使得第一成份210更容易集中在凹陷区130a。因此，借由上述的设计，可使第一成份210与第二成份220有较佳的分离效果。
78.接着，请参照图2c，在对离心钵100进行离心时，持续地输入样品200，以使分离后的第二成份220可进入第二流道132，并通过第三流道145与输出管142输出并收集。其中，由于第一角度θ1可大于0度且小于90度，因而使得分离后的第二成份220得以大部分进入第二流道132。由于第四角度θ4可大于第二角度θ2且小于90度，因而使得中壳部112可以形成第二流道132，且使得第二成份220进入第二流道132的阻力变小。
79.接着，请参照图2d，当收集完第二成份220或侦测到第一成份210流至输出管142时，即可停止输入样品200且停止离心。
80.以下将列举其他实施例以作为说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的组件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的组件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
81.图3为本发明的一实施例的血液离心系统的剖面示意图。请参照图3，本实施例的血液离心系统10包括第一容器310、第一管线320、泵330、第二管线340、离心钵100、第三管线350、排气孔360以及第二容器370。第一管线320连接第一容器310与泵330的入口端。第二管线340连接泵330的出口端与离心钵100的输入管。第三管线350连接离心钵100与第二容器370。第一容器310可用以装载60-100毫升的血液230，且血液230可包括红血球231及含有血小板的血浆232。第二容器370可用以收集10-50毫升含有血小板的血浆232。
82.具体来说，例如是以下述步骤来利用血液离心系统10分离出血液230中含有血小板的血浆232：首先，利用泵330来使第一容器310中的血液230可经由第一管线320与第二管线340输入至离心钵100。接着，使离心钵100以2800-4500的离心转数(rpm)进行离心，以将血液230中的红血球231及含有血小板的血浆232分离。最后，通过第三管线350将分离后的含有血小板的血浆232输出至第二容器370中。
83.在本实施例中，由于离心钵100可自动地将血液230中的红血球231及含有血小板的血浆232分离，因而使得本实施例的血液离心系统10可以全自动控制，以控制第二容器370中含有血小板的血浆232的浓度及收集量。此外，由于离心钵100可自动地将血液230中的红血球231及含有血小板的血浆232分离，因而使得离心钵100可以设计为全封闭式的离心套件，藉此可避免血液230被外源污染。上述收集得到的含有血小板的血浆232可例如是可应用于眼科疾病的治疗，但不以此为限。
84.以下，将配合实验例来说明本发明为达成目的所采取的技术手段。以下的样品以血液为例，但不以此为限。也就是说，所属技术领域中的技术人员均可以据本实施例所揭示的内容而轻易置换为其他的液态样品。
85.实验例
86.利用离心钵自动地将血液中含有血小板的血浆分离出。以下方的表1表示，在不同的离心转数时，可从不同体积及不同血容比(hct)的血液中分离出含有血小板的血浆。其中，收集得到的血浆(含有血小板)的收集量以及血浆(含有血小板)中的血小板的浓度倍数也记载于表1中。该倍数为收集得到的血浆(含有血小板)中的血小板的浓度与血液中的血小板的浓度的比值。
87.表1
[0088][0089]
由表1的结果可知，相较于离心转数为4000
±
5％rpm，离心转数为3000
±
5％rpm时，所收集得到的血浆(含有血小板)中的血小板的浓度倍数较高。
[0090]
综上所述，基于上述，在本发明一实施例的离心钵及血液离心系统中，由于样品中的第一成份与第二成份的惯性力的大小不同，因而当壳体与核芯依旋转轴旋转时，可使样品在分离腔中依惯性力的大小而自动地分离为第一成份与第二成份。藉此，可使本发明一实施例的离心钵及血液离心系统具有可自动分离血液的效果。此外，由于第二角度可大于第一角度，因而使得第一成份朝向第二流道的第二流动速度更小，进而使得第一成份更容易集中在凹陷区。如此一来，可使第一成份与第二成有较佳的分离效果。
[0091]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。