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自動生化分析儀基本結構及工作原理
最近更新時間：2012-11-19
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詳細介紹：
自動生化分析儀基本結構及工作原理
自動生化分析儀基本結構及工作原理
一、基本結構
（一）按照反應裝置的結構，自動生化分析儀主要分為流動式（Flow system）、分立式（Discrete system）兩大類。
1．流動式 指測定項目相同的各待測樣品與試劑混合后的化學反應在同一管道流動的過程中完成。這是*代自動生化分析儀。
2．分立式 指各待測樣品與試劑混合后的化學反應都是在各自的反應杯中完成。其中有幾類分支。
（1）典型分立式自動生化分析儀。此型儀器應用zui廣。
（2）離心式自動生化分析儀，每個待測樣品都是在離心力的作用下，在各自的反應槽內與試劑混合，完成化學反應并測定。由于混合，反應和檢測幾乎同時完成，它的分析效率較高。
3．袋式自動生化分析儀是以試劑袋來代替反應杯和比色杯，每個待測樣品在各自的試劑袋內反應并測定。
4．固相試劑自定生化分析儀（亦稱干化學式自動分析儀） 是將試劑固相于膠片或濾紙片等載體上，每個待測樣品滴加在相應試紙條上進行反應及測定。操作快捷、便于攜帶是它的優點。
（二）典型分立式自動生化分析儀基本結構
1．樣品（Sample）系統
樣品包括校準品、質控品和病人樣品。系統一般由樣品裝載、輸送和分配等裝置組成。
樣品裝載和輸送裝置常見的類型有：
（1）樣品盤（Sample disk），即放置樣品的轉盤有單圈或內外多圈，單獨安置或與試劑轉盤或反應轉盤相套合，運行中與樣品分配臂配合轉動。有的采用更換式樣品盤，分工作和待命區，其中放置多個弧形樣品架（Sector）作轉載臺，儀器在測定中自動放置更換，均對樣品盤上放置的樣品杯或試管的高度、直徑和深度有一定要求，有的需樣品杯，有的可直接用采血試管。樣品盤的裝載數，以及校準品、質控品、常規樣品和急診樣品的裝載數，一般都是固定的。這些應根據工作需要選擇。
（2）傳動帶式或軌道式進樣 即試管架（Rack）不連續，常為10個一架，靠步進馬達驅動傳送帶，將試管架依次前移，再單架逐管橫移至固定位置，由樣品分配臂采樣。
（3）鏈式進樣試管固定排列在循環的傳動鏈條上，水平移動到采樣位置，有的儀器隨后可清洗試管。
分配加樣裝置大都由注射器、步進馬達或傳動泵、加樣臂和樣品探針等組成，①注射器（syrine unit）。根據注射器直徑和活塞移動距離的多少，定量吸取樣品或試劑。它的精度決定加樣的精度，一般可到1微升。注射器漏液時，首先考慮是否探針堵塞，其次是注射器活塞磨損等。有的加液系統采用容積型*和數控脈沖步進馬達，提高精度。②樣品探引（Probe）與加樣臂相聯，直接吸取樣品。探針均設有液面感應器，防止探針損傷和減少攜帶污染。有的設有阻塞檢測報警系統當探針樣品中的血凝塊等物質阻塞時．儀器會自動報警沖洗探針，并跳過當前樣品，對下一樣品加樣。有的還有智能化防撞裝置遇到阻礙探針立即停止運動并報警。即使如此，它仍是非正規操作時的易損件。為了保護探針，除預先需要根據樣品容器的高低、zui低液面高度等進行設置外、，樣品容器的規格、放置以及液面高度等設定條件不得隨意改變。在某些儀器上，采樣器和加液器組合在一起，加樣品和加試劑或稀釋液一個探針一次完成。③加樣臂。連接探引，在樣品杯（試劑瓶）和反應杯之間運動，完成采樣和加樣（加試劑）。它的運動方式，與儀器工作效率及工作壽命有一定關系。④閥門用以決定液體流動方向。⑤稀釋系統。對樣品進行預稀釋、過后稀釋或加倍，對標準原液系列稀釋等。不同儀器的稀釋方式有所差異，要注意識別。試劑系統亦有稀釋功能：
2.試劑（Reagent）系統一般由試劑儲放和分配加液裝置組成。
（1）試劑倉常與試劑轉盤結合在起。多數儀器將試劑倉設為冷藏室，以提高在線試劑的穩定期。
（2）分配加液裝置（Dispense unit）。與樣品系統的類似。，試劑探針常常可以對試劑預加溫，雙試劑系統的試劑2（R2）探針起始量宜較下，以便配合不同R1/R2比例的試劑。
（3）試劑瓶（Bottle）。有不同的形狀及大小規格。如 COBAS MIRA PLUS儀有4、10、15、35ml等規格，瓶底呈凹形，OLYMPUS Au600儀有30和60ml兩種；日立7060儀有20、50、100ml三種等規格。應根據工作量和試劑規格．考慮試劑瓶殘留死體積和更換頻率，合理選用。*設計的卡式試劑盒，體積小，防蒸發，方便儲存。
（4）配套試劑常有條形碼，儀器設有條形碼檢查系統，可對試劑的種類、批號、存量、有效期和校準曲線等貨剌，進行核對校驗，如BeckmanCX7等。
（5）試劑瓶蓋自動開關系統，更有利于試劑保存。有的儀器可在運行中添加，更換試劑，有的則須在暫停狀態進行。
3.條形碼（Barcode）識讀系統
一般由掃描系統、信號整形和譯碼器三部分組成。掃描系統以光源掃射黑條白空相間的條碼符號由于條和空對光的反射不同、不同寬窄的條符反射光持續時間不同，產生強度不同的反射光．再經光電轉換元件接收并轉換成相應強度的電信號，zui后通過信號整形，由譯碼器解譯。系統自動識別樣品架及樣品編號識別試劑、校準品及其批號、失效期，有的并可識別校驗校準曲線等信息。
實驗室常用條形碼類型有CODE 39、CODE 128、2 of 5 Standard、Interleaved2of 5等。要自編樣品條形碼需要條形碼輸入器，條形碼閱讀系統與條形碼要匹配。已有全自動試管分配暨條形碼粘貼準備系統。
4．反應系統
（1）反應盤裝載一系列反應比色杯（Cuvettes）,多為轉盤形式。反應測定過程中按固定程序，在加樣臂、加液臂、攪拌棒、光路和清洗裝置之間轉動。有的儀器在反應杯中完成反應后再吸入比色杯比色，現在更常見反應和檢測同在比色杯中進行，效率更高，尤其適于連續監測法。比色杯多采用硬質石英玻璃、硬質玻璃、無紫外光吸收的丙烯酸塑料等，使用壽命不一。Dimension系列的比色杯在機器內自動制造，自動封口，免沖洗，無污染。流動池式主要在小型分析儀用。容積一般幾十微升，但抽液管道占用較多反應液，多樣品連續使用，增加交叉污染機會。
蠕動泵（Pump）。半自動生化儀需要蠕動泵抽吸反應液進人流動比色池作測定。要求定期對蠕動泵校準，即通過吸人定量的水來檢驗泵的吸液量是否準確。一般均設有泵校準功能。
（2）混合裝置（Mixing unit） 如采用多頭回旋攪拌棒（二頭雙清洗式攪拌系統）。攪拌棒常具特氟隆不粘涂層，避免液體粘附。
（3）溫控裝置生化分析儀通過恒溫控制裝置來保持孵育溫度的調控和恒定也是由計算機來控制的，理想的孵育溫度波動應小于±01℃。保持恒溫的方式有三種。①空氣浴恒溫：即在比色杯與加熱器之間隔有空氣。空氣浴恒溫的特點是方便、速度快、不需要特殊材料，但穩定性和均勻性較水浴稍差。羅氏（Roche）的cobas和0lympus Au2700系統采用的就是空氣浴恒溫模式。②水浴循環式：即在比色杯周圍充盈有水，加熱器控制水的溫度。水浴恒熱的特點是溫度恒定，但需特殊的防腐劑以保證水質的潔凈，且要定期更換循環水。日立系統生化分析儀采用的即是水浴循環恒溫裝置。⑧恒溫液循環間接加熱式：結構原理是在比色杯周圍流動著一種特殊的恒溫液（具無味、無污染、惰性、不蒸發等特點）。比色杯和恒溫液之間有極小的空氣狹縫，恒溫液通過加熱狹縫的空氣達到恒溫，其溫度穩定性優于干式，和水浴式循環式相比不需要特殊保養。
5．清洗（Wash）系統
探針和攪拌棒采用激流式等方式自動沖洗。清洗裝置一般由吸液針、吐液針和擦拭刷組成。清洗工作流程為吸出反應一吸于一注入純水一吸干一擦干。清洗液有堿性和酸眭兩種。一般說來，在吸出反應液后，儀器先用堿性液沖洗，再用酸性液沖洗，zui后用去離子水沖洗三遍。擦拭刷的功能是吸去杯壁上掛淋的水，刷體內部有負吸裝置。使用進程中要注意擦拭刷是否磨損。
值得注意的是，對于常規沖洗還不能清除交叉污染（carry—over）的實驗要特別處理，以減少交叉污染或攜帶污染。例如，*測定試劑中的膽酸鹽對血清總膽汁酸的測定有干擾，在消除交叉污染的程序中，可輸入程序，指令總膽汁酸不在測試*的比色杯中進行測定，如不能避開，儀器則對比色杯進行特別沖洗，防止發生交叉污染。
沖洗水的水溫自動控制到與恒溫反應槽溫度相近，保證反應系統的恒溫，并增加去污力。急診測定后采用針對性清洗，似乎比采用固定的全面清洗程序更有效率更經濟。耗水量儀器間相差較大。
ABBOTT AEROSET 自動生化分析儀等系統具有自動清洗功能（smart wash）和*標本順序選擇功能（OSS）。即儀器根據試劑或樣品間交叉污染的項目組合，自動改變檢測順序，避免互有影響的分析項目；確實無法回避時，則采用選定的特殊清洗劑作自動清洗。
6．比色系統
（1）光源多數采有鹵素燈，工作波長為325～800nm。鹵素燈的使用壽命較短，一般只有1 000～l 500小時。當燈的發光強度不夠時，儀器會自動報警，應及時更換，部分生化分析儀采用的是長壽命的氙燈，24小時待機可工作數年，工作波長285-750nm。
（2）比色杯 自動生化分析儀的比色杯也是反應杯。比色杯的光徑0.5～0.7 cm不等，通常為石英或塑料。光徑小的省試劑，當比色杯光徑小于1 cm時，部分儀器可自動校正為1cm。生化分析儀的比色杯自動沖洗裝置在儀器完成比色分析后做自動反復沖洗、吸干的動作，比色杯在自動檢查合格后繼續循環使用。要及時更換不合格的比色杯。如采用的是石英比色杯，比色杯要定期檢查清洗。
（3）單色器與檢測器各類自動生化分析儀應用的是可見一紫外吸收光譜法，即監測200-700nm光區某特定波長下發色基團吸光度的變化，輔以微機軟件系統的計算來完成測定。可見一紫外吸光譜定量的基礎是Lamber—Beer定律。
傳統的分光度測定普遍采用前分光，即在光源燈和樣品杯之間先要用濾光片、棱鏡或光柵分光，通過可調的狹縫，取得與樣品“互補”的單色光之后，照射到樣品杯，再用光電池或光電管作為檢測器，測定樣品對單色光的吸收量（吸光度）。
而現代大多生化分析儀采用后分光測量技術。后分光測定：將一束白光（混合光）先照到樣品杯，然后再用光柵分光，同時用一列發光二極管排在光柵后面作為檢測器。后分光的優點是不需移動儀器比色系統中的任何部件，可同時選用雙波長或多波長進行測定，這樣可降低比色的噪聲，提高分析的度和減少故障率。
生化儀的單色器即分光裝置，有干涉濾光片和光柵分光兩類。干涉濾光片有插入式和可旋轉的圓盤式兩種。插入式就是將需用的濾光片插入濾片槽中，圓盤式是將儀器配備的濾光片都安裝在圓盤中，使用時旋轉至所需濾光片處即可。干涉濾光片價格便宜，但易變潮霉變，從而影響檢測結果的準確性，*多采用此種濾光片。
光柵分光可分為全息反射式光柵和蝕刻式凹面光柵兩種。前者是在玻璃上覆蓋一層金屬膜后制成，有一定程度的相差易被腐蝕；后者是將所選波長固定地刻制在凹面玻璃上，耐磨損、抗腐蝕、無相差。*多采用光柵分光。
7．程序控制系統
計算機是自動生化分析儀的大腦，標本、試劑的注加和識別，條碼的識別，恒溫控制，沖洗控制，結果打印，質控的監控，儀器各種故障的報警等都是由計算機控制完成。儀器一代勝過一代，自動化程度越來越高，有的儀器甚至可以完成部分日常保養程序。自動生化分析儀數據處理功能日趨完善，如：反應進程中吸光度，各種測定方法，各種校準方法室內質控結果的統計等，生化儀都可進行處理。計算機還可以調看病人的數據、儀器的性能指標、儀器的運行狀態等。自動生化儀中的質控和病人結果還可通過儀器計算機與實驗室信息系統（LIS）的對接進行網絡管理。
程序控制器是系統的硬件部分。它主要包括：
（1）微處理器和主機電腦。用于儀器各個單元和總體控制，應具有程控操作、故障診斷、多種數據處理和儲存等強大功能。一般根據儀器功能的需要和電腦硬件市場的主流產品來配置。
（2）顯示器（CRT monitor unit）。通常用鍵盤、鼠標、觸摸屏等方式進行操作。
（3）系統及配套軟件。多采用Windows-NT或windows界面，具全圖形化設計，多菜單選擇，信息導引，故障報警，幫助提示，人機“對話”，方便直觀，不少儀器有即時反應曲線顯示。
（4）通過Rs 232 c等數據接口與其他計算機、打印機等設備傳輸數據。具人工智能雙向通訊系統（Host query），儀器可直接自行向主電腦詢問病人／樣品基本資料及檢測項目。有的具遠程通訊及監控功能，可遙控遠處測試及維修檢查，實現網絡工作。
自動生化分析儀均采用程序控制的自動分析。分析程序一經確定，工作時只要簡單地輸入測定項目或編碼，儀器即可按編制程序自動完成測定、計算和報告。具體的控制程序因儀器而異，一般分為固定程序和自編程序兩種。固定程序為儀器廠家預先設定，常與試劑配套；有的不能更改，有的也可由用戶修改。它與配套試劑一同使用時，既方便工作，質量也比較可靠，但成本較高。自編程序靈活實用，便于開發新項目，強調程序的靈活性。比如，成批測定過程中應可隨時插入急診標本測定而不打亂原有程序；單個急診標本測定操作簡捷、消耗少，可靈活預稀釋或重復測定。