自动生化分析仪的类型结构

自动生化分析仪一般由标本器、取样装置、反应池或反应管道、保温器、检测器、微处理器、打印机和功能检测器等组成。按反应装置的结构分可分为连续流动式(又称管道式)、离心式、分立式和干片式四类。目前实验室最常用的是分立式自动生化分析仪。

(一)连续流动式自动生化分析仪

连续流动式自动生化分析仪是第一代自动分析仪,其工作原理是测定同一项目的待测标本与试剂混合后的反应在同一管道流动状态下进行的,故称为连续流动式自动生化分析仪。缺点是存在较严重的交叉污染,结果不太准确,现已淘汰。

(二)分立式自动生化分析仪

属于第二代自动生化分析仪,它完全模仿手工操作方式设计,每份标本与试剂在各自的试管中发生反应。典型分立式自动生化分析仪的基本结构如下。

1.标本(sample)系统 标本包括校准品、质控品和病人标本。该系统一般由标本装载、输送和分配等装置组成。

标本装载和输送装置常见的类型如下。

(1)标本盘(sample disk):即放置标本的转盘,有单圈或内外多圈,单独安置或与试剂转盘或反应转盘相配套,运行中与标本分配臂配合转动。有的采用更换式标本盘,分工作和待命区,其中放置多个弧形标本架(sector)作转载台,仪器在测定中自动放置更换,对标本盘上放置的标本杯或试管的高度、直径和深度有一定要求,有的需专用标本杯,有的可直接用采血试管。标本盘的装载数,以及校准品、质控品、常规标本和急诊标本的装载数一般是固定的,应根据工作需要选择。

(2)取样装置:取样装置由步进电动机或传动泵、取样注射器和标本探针组成,能定量吸取标本并加入反应杯。分析仪的取样范围一般为2~35μl,步进0.1μl。最低取样量是评价分析仪性能的一个重要指标。

2.试剂(reagent)系统 一般由试剂储放和分配加液装置组成。

3.条形码(barcode)识读系统 一般由扫描系统、信号整形和译码器三部分组成。扫描系统以光源扫射黑条白空相间的条码符号,由于条和空对光的反射不同、不同宽窄的条符反射光持续时间不同,产生强度不同的反射光,再经光电转换元件接收,并转换成相应强度的电信号,最后通过信号整形,由译码器解译。系统自动识别标本架及标本编号,识别试剂、校准品及其批号、失效期,有的可识别校验校准曲线等信息。

4.反应系统

(1)反应盘:装载一系列反应比色杯(cuvette),多为转盘形式,测定过程中按固定程序,在加样臂、加液臂、搅拌棒、光路和清洗装置之间转动。有的仪器在反应杯中完成反应再吸入比色杯比色,目前更常见反应和检测同在比色杯中进行,效率更高,尤其适于连续监测法。比色杯多采用硬质石英玻璃、玻璃、无紫外光吸收的丙烯酸塑料等,使用寿命不一。

(2)混合装置(mixing unit):采用多头回旋搅拌棒(二头双清洗式搅拌系统),搅拌棒常具特氟隆不粘涂层,避免液体黏附。

(3)温控装置:生化分析仪通过恒温控制装置保持孵育温度的调控和恒定,由计算机控制,理想的孵育温度波动应小于±0.1℃。保持恒温的方式有3种。①空气浴恒温:即在比色杯与加热器之间隔有空气。空气浴恒温的特点是方便、快速,不需要特殊材料,但稳定性和均匀性较水浴稍差。罗氏(Roche)的cobas和olympus Au2700系统采用空气浴恒温模式。②水浴循环式:即在比色杯周围充盈水,加热器控制水温。水浴恒热的温度恒定,但需特殊的防腐剂保证水质的洁净,要定期更换循环水。日立系统生化分析仪采用水浴循环恒温装置。③恒温液循环间接加热式:在比色杯周围流动着一种特殊的恒温液(具无味、无污染、惰性、不蒸发等特点)。比色杯和恒温液之间有极小的空气狭缝,恒温液通过加热狭缝的空气达到恒温,其温度稳定性优于干式,与水浴循环式相比,不需要特殊保养。

5.清洗(wash)系统 探针和搅拌棒采用激流式等方式自动冲洗。清洗装置一般由吸液针、吐液针和擦拭刷组成。清洗流程为吸出反应→吸干→注入纯水→吸干→擦干。清洗液有碱性和酸性两种。一般在吸出反应液后,先用碱性液冲洗,再用酸性液冲洗,最后用去离子水冲洗3遍。擦拭刷的功能是吸去杯壁上挂淋的水,刷体内部有负吸装置。使用进程中要注意擦拭刷是否磨损。

6.比色系统

(1)光源:多数采用卤素灯,工作波长为325~800nm,其使用寿命较短,一般只有1000~ 1500h。灯的发光强度不够,仪器会自动报警,应及时更换。有的采用长寿命的氙灯,工作波长285~750nm,24h待机可工作数年。

(2)比色杯:比色杯也是反应杯,通常为石英或优质塑料。

(3)单色器与检测器:各类自动生化分析仪应用的是可见-紫外吸收光谱法,即监测200~ 700nm光区某特定波长下发色基团吸光度的变化,辅以微机软件系统的计算完成测定。可见-紫外吸光谱定量的基础是Lamber-Beer定律。

传统的分光度测定普遍采用前分光,即在光源灯和标本杯之间先用滤光片、棱镜或光栅分光,通过可调的狭缝获得与标本“互补”的单色光,照射到标本杯后,再用光电池或光电管作为检测器,测定标本对单色光的吸收度。现代多数生化分析仪采用后分光测量技术:将一束白光(混合光)先照到标本杯,再用光栅分光,同时用一列发光二极管排在光栅后作为检测器。后分光不需移动仪器比色系统中的任何部件,可同时选用双波长或多波长进行测定,降低比色的噪声,提高分析的精确度,减少故障率。

生化仪的单色器即分光装置,有干涉滤光片和光栅,全自动生化分析仪多采用光栅分光。

7.程序控制系统 计算机是自动生化分析仪的大脑,标本、试剂的注加和识别,条码的识别,恒温、冲洗控制,结果打印,质控监控,仪器各种故障的报警等都由计算机控制完成。仪器的自动化程度越来越高,有的甚至可完成部分日常保养程序。生化仪的数据处理功能日趋完善,如反应进程中吸光度,各种测定方法,校准方法、室内质控结果的统计等。计算机还可以调看病人的数据、仪器的性能指标、运行状态等,质控和检测结果还可通过仪器计算机与实验室信息系统(LIS)的对接进行网络管理。

(三)离心式自动生化分析仪

离心式自动生化分析仪的全部检验过程是在一个类似离心机转头样的圆盘中完成的,由加样和分析两部分组成。加样部分包括标本盘、试剂盘、吸样臂、试剂臂和电子控制等,分析部分除安装特殊的离心转盘外,还有温控和光学检测系统,及微机信息处理和显示系统。

离心式自动生化分析仪的特点:①在整个分析过程中,各标本与试剂的混合、反应和检测等每一步骤,几乎同时完成,不同于管道式和分立式分析仪的“顺序分析”,是基于“同步分析”的原理而设计。②标本量和试剂量均为微量级(标本用1~50μl,试剂120~300μl),快速分析(每小时可分析600个标本以上)。③转头是这类分析仪的特殊结构。

(四)干化学式自动生化分析仪

又称干片式分析仪,是指将液态标本直接加到已固化于特殊结构的试剂载体,即所谓的干片试剂中,以标本中的水为溶剂,将固化试剂溶解后再与标本中的待测成分进行化学反应,从而进行分析测定的一种方法。